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Modelamento matemático simplificado do processo de fixação de materiais de fricção por rebitagem

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Modelamento matemático simplificado do processo de fixação de materiais de fricção por rebitagem

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Título Modelamento matemático simplificado do processo de fixação de materiais de fricção por rebitagem
Autor Pereira, Carlos Henrique Selle
Orientador Bergmann, Carlos Perez
Co-orientador Al-Qureshi, Hazim Ali
Data 2014
Nível Mestrado
Instituição Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Escola de Engenharia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Minas, Metalúrgica e de Materiais.
Assunto Materiais compositos
Modelos matemáticos
Rebite (Engenharia)
Resumo Este trabalho apresenta um estudo do processo de fixação de materiais de fricção, no qual se faz o uso de modelos matemáticos de outros autores aplicados na inversão e colapso de tubos metálicos para o entendimento do processo de deformação do rebite utilizado no processo de rebitagem em materiais frágeis. Os rebites utilizados são aplicados atualmente na indústria de fricção, com diferentes geometrias que geram diferentes distribuições de forças de compressão no material de atrito. Com este estudo pretende-se propor um equacionamento simplificado para predição da força necessária para aplicação nos processos atuais de fixação de lonas de freios em veículos comerciais. Com base em estudos anteriores, as equações existentes para a inversão e o colapso foram analisadas separadamente e foram complementadas e adaptadas para a simulação do processo de rebitagem, levando em consideração as diversas variáveis do processo, tais como parâmetros geométricos e propriedades elásticas dos rebites, assim como o desenvolvimento de um critério de falha para definição da força máxima a ser aplicada no material de fricção, a partir de suas propriedades elásticas. O critério de falha foi baseado na deformação máxima do material frágil a ser rebitado, quando este sofre uma força axial de compressão, considerando-se sua probabilidade de falha, a partir da análise estatística pelo método de Weibull. Em relação ao processo de rebitagem, foi utilizada uma rebitadeira pneumática na qual se define uma pressão de trabalho, que permanece constante independente das diferenças geométricas dos rebites e da sede do rebite do material frágil. Para avaliar a influência das propriedades elásticas dos rebites e dos materiais de fricção, foram definidos rebites com diferentes propriedades (aço 1010 e latão) e materiais compósitos de diferentes módulos de elasticidade (baixo, médio e alto). Para a determinação das características elásticas do material de fricção foi utilizada a flexão em três pontos (ASTM D 790) e a resistência à compressão (ASTM D 695). As propriedades elásticas de entrada dos modelos matemáticos dos materiais utilizados nos rebites foram retiradas da literatura. Para determinação da força de rebitagem, foi realizado o ensaio de rebitagem, desenvolvido para esta específica aplicação, assim como ensaios quasiestáticos de compressão para o estudo e o entendimento dos modelos de inversão e colapso de tubos metálicos. Os resultados experimentais dos testes quasi-estáticos dos rebites mostraram boa correlação com os valores teóricos obtidos com a modificação das equações para inversão e colapso de tubos, mostrando a viabilidade de se utilizar a análise proposta para definição dos parâmetros de rebitagem.
Abstract This paper presents a study of the fastening process used for friction materials, which makes use of mathematical models of others authors applied to the inversion and collapse of metal tubes for understanding the deformation process of the rivet used in the riveting process of fragile materials. The rivets used are currently applied in the friction industry, and with different geometries that generates different compressive forces in the friction material. This work proposes a simplified equation to predict the necessary force to fastening commercial brake linings using the current riveting process. Starting from previous studies, the inversion and collapse equations were analyzed separately and were supplemented and adapted to the simulation of the riveting process, taking into account the various process variables, such as elastic properties and geometrical parameters of the rivets, as well as the development of a failure criterion to define the maximum force to be applied in the friction material, taking into account the elastic properties of the materials selected for this investigation. The failure criterion was based on the maximum deformation of the brittle material to be riveted when it undergoes an axial compressive force, taking into account the probability of failure of the material, using Weibull as statistical analysis procedure. The rivets used are currently applied in the friction industry, with different geometries that generate different distributions of compressive forces in the friction material. Regarding the riveting process, were used a pneumatic rivet gun that sets up a working pressure that is constant independent of the geometrical differences of rivets and rivet seat of the brittle material used. To evaluate the influence of the elastic properties of the rivets and friction materials, rivets with different properties (Steel 1010 and Brass) and composites with different elastic moduli (low, medium and high elastic modulus) were defined. For determining the elastic characteristics of the friction material was used the three bending point test (ASTM D 790) and compressive strength (ASTM D 695). The elastic properties of the rivet materials used as input for the model were removed from the literature. To determine the strength of riveting, a clamp test were was performed and developed for this specific application, as well as, static compression tests for the study and understanding of the model for inversion and collapse of metal tubes. The experimental results of the quasi - static tests of rivets showed good correlation with the theoretical values obtained with the modified equations for inversion and collapse of tubes, demonstrating the feasibility of using such analysis to define the riveting parameters.
Tipo Dissertação
URI http://hdl.handle.net/10183/127870
Arquivos Descrição Formato
000971658.pdf (2.685Mb) Texto completo Adobe PDF Visualizar/abrir

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