Uma pesquisa de iniciação científica desenvolvida na Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) foi premiada no congresso externo da SAE Brasil. O estudo propôs um modelo numérico computacional voltado para complementar ensaios da análise de fadiga em máquinas comerciais. Os resultados da pesquisa contribuem para diminuir tanto o tempo quanto os custos gastos em projetos desenvolvidos na área, com potencial para impactar diversos setores industriais. O trabalho conquistou a terceira colocação da categoria nacional de Educação em Engenharia de 2020.
O estudante João Pedro no laboratório de Metrologia da UFJF, ao lado do aparato para realização de testes de fadiga (Foto: Arquivo pessoal)
A análise numérica e computacional possibilita a criação de modelos para simular cenários, falhas e prever soluções. De forma simplificada, a fadiga em máquinas é um modo de falha crítico em diferentes aplicações. Para desenvolver o estudo de caso, o orientador Marcos Vinícius Rodrigues e o estudante João Maneze utilizaram um software destinado à Engenharia Auxiliada por Computador (CAE). Na sequência, os pesquisadores elaboraram um modelo de simulações numéricas computacionais com o foco em complementar os ensaios laboratoriais de fadiga. Dessa forma, o tempo de realização do estudo aplicado é menor, além de gerar uma economia considerável de recursos financeiros.
Estes dois fatores – tempo e custo – são dificultadores comuns no desenvolvimento de projetos da área. O conhecimento preventivo aplicado à falhas é um importante respaldo para diversos segmentos industriais. De acordo com os pesquisadores, nesse sentido, o trabalho premiado contribui para um melhor entendimento teórico do tema e também propõe uma solução mais viável para o setor externo.
Desenvolvimento do modelo
Por meio da modelagem computacional, os pesquisadores criaram um modelo de simulação. O projeto foi fiel ao protótipo da máquina de referência para chegar aos resultados demonstrativos de vida útil e fadiga do material. “Esse modo de falha crítico tem várias aplicações, que vão desde a área de extração de petróleo offshore até o setor automotivo, foco do fórum promovido pela SAE Brasil ao qual o trabalho foi submetido”, explica Rodrigues. Os pesquisadores escolheram o corpo de prova usado em máquinas de fadiga comerciais para ser avaliado como modelo de análise. Segundo o orientador, essa definição foi feita a partir de testes práticos, pois puderam realizar comparações entre o protótipo e o modelo numérico de forma simples.
Figura do modelo computacional gerado para as análises (Foto: Arquivo pessoal)
“Além disso, alterações podem ser feitas com facilidade. Após a validação do modelo, é possível criar curvas S-N características a partir de uma curva S-N padrão com geometria virtual modificada. A aplicação do modelo numérico em uma simulação de desgaste superficial devido à corrosão, por exemplo, possibilitaria visualizar a criação de trincas artificiais ou eventuais danos superficiais para demonstrar concentradores de tensão – e, com isso, propor novas curvas que já representem agravantes para estimativa de vida em fadiga.”
Reconhecimento nacional
Segundo os pesquisadores, o reconhecimento nacional dos resultados da pesquisa de iniciação científica demonstram o alinhamento dos trabalhos acadêmicos da UFJF com as demandas da indústria. O graduando João Maneze aponta que a premiação no congresso serviu como motivante para os seus estudos na área acadêmica. Destaca, ainda, a importância da SAE Brasil como uma associação composta por engenheiros com ampla experiência na indústria brasileira e internacional.
“A oportunidade de desenvolver uma pesquisa fora da sala de aula é muito enriquecedora. O projeto propiciou um contato maior com os laboratórios da faculdade, aprendizado prático e a intensificação dos conhecimentos teóricos através do enfrentamento a um desafio real da indústria e intensa troca de experiências com o professor Marcos Vinícius, que trabalhou na área de Estruturas Submarinas na Indústria de Óleo e Gás.”