Modelagem de conexão e parafuso em ponte ferroviária para análise de fadiga

Abstract

Este trabalho apresenta uma análise numérica estrutural de uma conexão parafusada, tipo viga-viga, em uma ponte metálica ferroviária, para calculo de vida à fadiga. A ponte em questão apresentou falha à fadiga nas conexões e parafusos, onde houve iniciação, propagação de trinca, e fraturamento de parafusos. Várias medidas reais de deformação foram realizadas quando da passagem de trens na ponte. Essas medidas são utilizadas para realização de modelagem e análise numérica pelo software de elementos finitos ANSYS Workbench. Inicialmente, a análise é conduzida para determinar o comportamento das conexões com parafusos ASTM A325 de alta resistência e verificar a resistência deles. Este resultado é usado para criar um modelo computacional padronizado que reflita o real comportamento dos parafusos na conexão. Pontes ferroviárias metálicas estão submetidas a cargas variáveis, logo, a análise da fadiga foi considerada. Através das simulações, é possível obter valores de tensões em pontos específicos na estrutura, podendo-se estimar os fatores de concentração de tensões com o objetivo de avaliar o início das trincas devido à fadiga em partes da estrutura. Em seguida o parafuso com rosca foi modelado com o intuito de estudar e validar o valor do fator de intensidade de tensões K na rosca do parafuso. As entradas de dados e resultados são baseadas na instrumentação real da ponte ferroviária metálica. _____________________________________________________________________________ ABSTRACT

This work presents a numerical analysis of a structural bolted connection, type beam-beam on a railway bridge, for calculation of fatigue life. The bridge in question has failed due to fatigue of bolt connections, where the initiation and propagation of crack took place, and finally, the fracture of the bolt occurred. Several measures of deformation were carried out when the trains passed over the bridge. These measures are used to perform modeling and numerical analysis by finite element through ANSYS Workbench software. Initially, the analysis is conducted to determine the behavior of connections with high strength bolts ASTM A325 and to verify their resistance. This first result is used to create a computational standard model that reflects the real behavior of bolts in the connection. Since the railway bridge is subject to variable loading, fatigue analysis is also considered. Through these simulations, it is possible to obtain values of strength at specific points in the structure, which can estimate the stress concentration factors in order to assess the initiation of cracks due to fatigue in parts of the structure. Next, the bolt thread was modeled in order to study and validate the value of the stress intensity factor K. The input data and results are based on data from the instrumentation of the railway bridge.