Identificação e modelagem de parâmetros dinâmicos para correntes de elos redondos sujeitas a cargas axiais

Nov 21, 2023

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 16155 (2022) Citar este artigo

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Uma corrente de elos redondos sujeita a cargas dinâmicas axiais compõe um sistema viscoelástico não linear. Ao contrário dos problemas clássicos de impacto, a corrente de elos redondos não sofrerá apenas deformação elástica linear, mas também plástica não linear ou deformação de impacto. Com base em formulação teórica e experimentos, uma nova abordagem é apresentada neste artigo para modelar e identificar os parâmetros dinâmicos não lineares, nomeadamente a rigidez e o amortecimento para a cadeia de elos redondos. Considerando a deformação linear, a deformação não linear e a dissipação de energia, um modelo viscoelástico não linear modificado é desenvolvido para descrever o comportamento vibracional da corrente com números de elos redondos. O modelo elástico linear e o modelo de impacto são combinados para derivar a rigidez não linear equivalente, enquanto experimentos e o método de ajuste de mínimos quadrados são empregados para identificar o amortecimento não linear de acordo com o modelo viscoelástico não linear modificado. As influências dos principais parâmetros, como comprimento da corrente, módulo elástico e frequência de carregamento na rigidez dinâmica e no amortecimento, são investigadas. Outro teste é realizado para validar o modelo de identificação e são observadas boas concordâncias.

Como componentes principais de talhas de transporte/elevação ou máquinas de manuseio de materiais a granel, as correntes de elos redondos são amplamente utilizadas na engenharia naval, mecânica, de mineração e civil. Investigações sobre as características dinâmicas são de grande importância para o bom desempenho dos equipamentos e máquinas correspondentes1,2,3.

Numerosos pesquisadores têm se dedicado à análise estática e dinâmica de tipos de cadeias de elos redondos. Ming et al.4 derivaram uma equação para relacionar a área de contato das correntes de elos redondos com a tensão de contato estático. Li et al.5 calcularam a tensão máxima e a distribuição de pressão da área de contato da corrente em anel pela teoria de Hertz e obtiveram a tensão máxima da área de contato engrenada da corrente de roda dentada. Bian et al.6 estabeleceram a equação matemática da estrutura da cadeia circular, deduziram dois modelos de análise estática do contato corrente-anel, simularam e analisaram o processo de colisão entre cadeias circulares e revelaram o mecanismo de fratura por fadiga e a lei de propagação de trincas por fadiga da cadeia circular. Li et al.7 estabeleceram um modelo de protótipo virtual para simulação dinâmica do sistema de acionamento por corrente, simularam e analisaram a inicialização da carga da corrente em anel após o desligamento e obtiveram a lei de variação da cinemática e a resposta do comportamento dinâmico do contato engrenado. Diao et al.8 conduziram experimentos de fotoelasticidade e análise de elementos finitos (FE) na tensão de contato para cadeias de elos redondos. Wang et al.9 usaram o método de análise dinâmica variável no tempo para obter a distribuição dinâmica da tensão da corrente do transportador raspador pesado. A análise de elementos finitos foi realizada no contato tridimensional entre as cadeias adjacentes do segmento reto e do segmento de flexão para obter a distribuição tridimensional das tensões da cadeia.

Conforme revisado, uma vez que a corrente de elos redondos geralmente sofre carga axial pesada para transportar material a granel ou para transferir movimentos, é dada razoavelmente mais atenção às características dinâmicas na direção axial. Quando a corrente redonda é submetida a excitações harmônicas ou impactantes, podem ser observados impactos, atritos e até mesmo deformações plásticas10. A corrente de elos redondos compõe um sistema viscoelástico típico. Os efeitos de amortecimento e a rigidez não linear devem ser considerados na análise dinâmica. O modelo Kelvin-Voight, que foi desenvolvido inicialmente para problemas de impacto11, é amplamente utilizado para levar em conta a dissipação de energia. No entanto, de forma bastante semelhante aos problemas de impacto, o contato, o atrito e a deformação plástica são, na verdade, todos não lineares. Assim, o modelo linear não pode considerar totalmente os fatores não lineares para o amortecimento e a rigidez. Para resolver os problemas dos problemas de impacto, foram propostos tipos de modelos não lineares12, como o modelo não linear de Hertzdamp13 e o modelo não linear de Hunt-Crossley14. Todos os modelos não lineares são bastante eficientes e precisos em muitos casos e também são bem empregados para modelar outros sistemas viscoelásticos15,16,17.