180
Projeto inovador com aço de alta resistência
9 de outubro, 2015 00:00 CET

Projeto inovador com aço de alta resistência

Desafios de projeto e recompensas 

Milhares de graus de aço diferentes e com muitas propriedades diferentes estão disponíveis hoje em dia no mercado. No entanto, todos os aços carbono são iguais quando se trata de duas propriedades. Todos possuem a mesma densidade (7,800 kg/m3 ou 0,28 lb/pol3) e módulo de Young.

O módulo de Young é uma propriedade mecânica que descreve a resposta elástica a uma força aplicada. No caso do aço, este valor é definido em 200 GPa (29.000.000 psi).

O peso específico e o módulo de Young são constantes naturais para o aço que os projetistas devem sempre considerar.

Quando desejamos que os nossos produtos sejam mais resistentes, mais leves e mais eficientes, as nossas opções principais são:

  • Adotar um aço com maior escoamento e resistência à tração, como o Strenx®. 
  • Utilizar menos material no produto para reduzir o peso. 
  • Otimizar o design para atender à finalidade da substituição do material do produto por outro melhor. 

 


Sendo assim, qual a sua redução de peso se substituir o seu aço atual pelo aço de alta resistência Strenx® e ao otimizar o seu design? Dependendo do cenário, é possível obter uma redução de peso de 20%, 30% ou até mesmo de 40% ou mais. Além disso, você melhora o desempenho geral do produto.

A evolução das estruturas das lanças

Os elevadores aéreos são um bom exemplo de como os produtos podem ser reprojetados com engenhosidade e levados ao seu pleno potencial com o uso de um aço de maior resistência.

Para aumentar o alcance vertical e horizontal sem sacrificar a capacidade de carga, o peso de cada segmento da lança deve ser reduzido. A única maneira de fazer isto é através da redução da quantidade do material utilizado no segmento da lança considerando-se, ao mesmo tempo, a rigidez total.

Projeto inovador com aço de alta resistência

Potencial para aumentar o desempenho 

Para alcançar estruturas mais fortes e mais leves, um projetista deve ter muitos fatores em mente. Projetistas competentes utilizam as propriedades mecânicas dos aços de alta resistência ao considerar as consequências do projeto:

  • Perda de rigidez ao utilizar um material mais fino para suportar as mesmas cargas, ou até cargas maiores 
  • Maior aspecto delgado ao reduzir a espessura, o que resulta em pronunciados fenômenos de instabilidade 
  • Possíveis problemas de fadiga 

Rigidez 

A rigidez é determinada pela distribuição da massa do aço em uma seção transversal. Isto se aplica a todos os tipos de seções – tubos retangulares, vigas em H, T, L ou U, ou mesmo segmentos de lanças de alta tecnologia para guindastes móveis. A maneira mais eficiente em termos de peso para aumentar a rigidez à flexão de uma viga é mover o material da seção para longe do centro de gravidade.

A figura abaixo ilustra como uma seção transversal retangular pode ser reprojetada para aumentar a rigidez à flexão, neste caso na direção vertical. A seção à esquerda é a original. A seção ao centro possui a mesma geometria, porém com uma menor espessura, o que a torna menos rígida. Ao alterar a geometria, conforme mostrado na seção à direita, obtemos uma viga mais leve que também é mais rígida e apresenta menos deformação.

Aspecto delgado 

O aspecto delgado da chapa simplesmente é a relação de l/e, onde 'l' é a largura e 'e' a espessura da superfície plana correspondente do aço. Diminuir o aspecto delgado da chapa de uma peça individual reduz o risco de uma deformação local. O nosso objetivo é reduzir o peso suportando, ao mesmo tempo, cargas iguais ou mais pesadas. Isto levará a maiores níveis de tensão, o que exigirá um aço de alta resistência e um design com um aspecto menos delgado para evitar a deformação.

A parte superior da viga que está sujeita à tensão de tração não pode sofrer deformação. Só é necessário reduzir o aspecto delgado na peça inferior e comprimida da viga. A solução é reduzir a largura livre da chapa ao introduzir dobras, como ilustra a figura.

Fadiga 

Quando trata-se de resistência à fadiga e de substituição do aço atual por um aço de alta resistência, aplica-se os seguintes fatores:

  • A resistência à fadiga de uma solda depende fortemente da qualidade da solda, do tipo de junta e dos tratamentos pós-soldagem. 
  • Todas as soldas de baixa qualidade possuem a mesma resistência à fadiga, independentemente da resistência do aço. 
  • A resistência à fadiga diminui quando são aplicadas tensões mais elevadas. 
Os problemas de fadiga podem ser evitados movendo as soldas para áreas com tensões mais baixas, em direção à camada intermediária neutra no caso de um segmento de lança do guindaste. Além disso, aplicam-se as regras gerais para projetos resistentes à fadiga:
  • realizar soldas de alta qualidade; 
  • considerar um tratamento pós-soldagem para soldas críticas; 
  • estimar a duração da fadiga exigida com base nos níveis de tensão aplicados e tipo de carga, estática ou dinâmica. 

Quanto maior o alcance, melhor para os negócios

Pode ser complicado trabalhar com aços na faixa entre 600 e 1300 MPa. Mas as recompensas são muito grandes para resistir. A capacidade de erguer cargas mais pesadas, mais alto e mais longe definitivamente tornará os seus produtos mais competitivos.

Para as suas necessidades de alto desempenho, você poderá explorar nossos recursos de projeto e de inovação no Knowledge Service Center da SSAB. Um novo design requer esforços em equipe e, por isso, temos o maior prazer em fazer parte da sua equipe!