SCHENCK 100kN

A máquina de ensaios SCHENCK Hydropuls PSB 100kN pode ser utilizada para realizar ensaios estáticos, mas principalmente para ensaios de fadiga. Ela é composta pelo grupo hidráulico próprio, o controlador e a estrutura mecânica. Como já explicado, ela foi escolhida graças ao seu controle mais completo e preciso nos ensaios dinâmicos, onde o controlador permite escolher a frequência, a forma da onda de aplicação da carga, as cargas nos picos das ondas, os tempos das rampas estáticas e dinâmicas de aplicação da carga no início e no fim do ensaio, a tolerância do controle da amplitude do ensaio, entre outras funções. A grande vantagem desta máquina é que ela possui seu próprio grupo hidráulico, o que lhe garante autonomia em relação as outras máquinas dependentes do grupo hidráulico do edifício que ainda está em reforma e adaptação. A outra vantagem desta máquina é a possibilidade de utilização de uma estufa para os ensaios de fluência previstos para a sequência dos ensaios de fadiga.

A estrutura mecânica da SCHENCK 100kN, ver a figura 49, é composta por:

 O captador de força por extensometria PM100Rn com uma montagem em ponte completa (350 Ohm, alimentação de 5V) e capacidade nominal de ± 10V para ± 100kN será melhor detalhado na seção 3.6 "Teste de precisão das células de carga". Após alguns ensaios de verificação, foi descoberto uma diferença entre o valor de carga dado pelo controlador da máquina e o valor de carga real aplicado pelo pistão da máquina. Quando em tração o comportamento da máquina é mais preciso (diferença de aproximadamente 2,5%) do que quando em compressão com diferença de aproximadamente 24,7%. Assim, uma carga de -7,5 kN, por exemplo, mostrada no controlador é na realidade uma carga de aproximadamente -9,96 kN.

 O pistão Plz100X do tipo simétrico, sem articulação, a rolamentos hidrostáticos, com amortecedor de fim de curso e força descentrada admissível (correspondente a uma descentragem de 16 mm com uma força nominal de 100kN).

 Utilizou-se mordentes de fixação mecânica, com fixação no atuador do pistão e da célula de carga por 8 parafusos M10, cada um tendo um aperto máximo de 57Nm.

 Os mordentes PEL/F100I para corpos de prova planos com 50mm de largura, 50 mm de profundidade e um espaço (espessura) de 0 até 12,5mm entre cada par de mordentes.

 O captador de deslocamento do tipo indutivo PFM, montado no atuador inferior do pistão com uma capacidade nominal de ±10V para ±80mm de deslocamento. Após alguns ensaios preliminares foi constatada uma vibração excessiva de todo o sistema (pistão, atuadores, mordentes e corpo de prova), principalmente quando a máquina era pilotada pelo sistema controlando o deslocamento (pilotagem em deslocamento). Com isso, constatou-se que o captador de deslocamento da máquina estava com defeito. Assim, optou-se por utilizar dois captadores (sensores) externos de deslocamento (LVDT e Laser), que serão mais detalhados na seção 3.5, a fim de ter uma melhor precisão nas medições. Pode-se ver o pistão e o captador na figura 50.

Figura 49 Sistema mecânico da SCHENCK 100kN.

Figura 50 Pistão e captador de deslocamento da SCHENCK 100kN.

O grupo hidráulico é do tipo PP12A, composto principalmente por um motor trifásico de 7,45kW, uma bomba a engrenagens de 12L/min à 180bar, um reservatório de 90L, um trocador de calor água- óleo à circuito aberto (temperatura máxima de 70°C), um regulador de pressão, um manômetro HP e um nível de óleo com termômetro incorporado. A figura 51 mostra o grupo hidráulico SCHENCK.

Figura 51 Grupo hidráulico SCHENCK.

O controlador ROELL AMSLER K7500, fornecido pela ZWICK/ROELL para a máquina SCHENCK PSB 100kN, é composto por 6 entradas analógicas, das quais 2 para captadores DC (como extensômetro) onde uma entrada é usada para a célula de carga, 2 para captadores AC (como LVDT) onde uma entrada é usada para o captador de deslocamento e 2 para tensão ±10V; 4 saídas analógicas, das quais uma comanda a servo-válvula e 3 em tensão de ±10V onde uma é usada para a aquisição dos dados da célula de carga e uma para os dados do captador de deslocamento da máquina. O controlador comporta uma parada de emergência e um controle remoto. Com o controlador pode-se acionar/desligar o grupo hidráulico, escolhe-se o modo de pilotagem em força ou deslocamento, pode-se lançar/pausar ou parar um ensaio, pode-se regular os limites de segurança do ensaio com o controlador de amplitude,calibrar a máquina e o grupo hidráulico, escolher o tipo de ensaio e selecionar os parâmetros como a frequência, formas de onda (seno, quadrada, triângulo, trapézio padrão ou avançado), nível de carga e número de ciclos, e os deslocamentos do pistão e seu posicionamento nos ensaios. Nas figuras 52 e 53 pode-se observar o painel com o display e os botões de comando, e a parte traseira do controlador, respectivamente. Na figura 54 é mostrado um pequeno esquema de funcionamento da máquina SCHENCK 100kN.

Figura 53 Parte traseira do controlador da SCHENCK 100kN.

Figura 54 Estrutura mecânica da SCHENCK 100kN.

3.4.2.1 Ensaios de fadiga

Para esta primeira série de ensaios, os parâmetros foram definidos a fim de obter uma primeira curva de fadiga dos dois materiais (T e UD). Nesse caso, utilizou-se uma frequência de 10Hz para uma forma de onda senoidal, com uma razão de carga R=10 em compressão (R= / , por exemplo R=- 7,5kN/-0,75kN=10). A máquina foi pilotada em força, devido a melhor estabilidade do pistão nesse modo, ou seja, não há quase nenhuma vibração do pistão no modo de pilotagem por força. Para a grande maioria dos ensaios foi estabelecida uma rampa estática de 10 segundos, na qual a força é aumentada até a carga média aplicada em fadiga, e uma rampa dinâmica de 5 segundos permitindo atingir a amplitude máxima de carga aplicada em fadiga. A parada automática dos ensaios é feita quando há uma passagem de um limite em força ou em deslocamento, ou uma variação da amplitude do esforço. Para esta primeira curva de fadiga, foram definidos 4 níveis de carga, com uma quantidade mínima de 3 ensaios de cada tipo de material, em cada nível de carga. Os níveis foram definidos, tomando como referência a carga de ruptura obtida nos ensaios estáticos de caracterização (-14,5kN para os corpos de prova T e -15kN para os corpos de prova UD).

Ao todo, foram feitos 38 ensaios de fadiga. 6 ensaios em frequências de 20, 30, 40 ou 50Hz foram também feitos para determinar com a câmera térmica, se em altas temperaturas ocorre o aquecimento excessivo do corpo de prova. Alguns ensaios mostraram necessidade de uma nova regulagem à posteriori do PID (proporcional, integral e derivada) do grupo hidráulico da máquina para os ensaios com um nível de carga mais baixo, resultando em uma duração de ensaio de vários milhões de ciclos. Houve também alguns ensaios problemáticos, dos quais 4 ensaios que pararam antecipadamente devido um defeito de alimentação da rede de água de refrigeração que sobreaqueceu o grupo hidráulico; e 3 ensaios feitos em corpos de prova defeituosos, com danos superficiais causados pelo sistema de centragem dos corpos de prova durante o corte, problema que já foi anteriormente explicado. Pode-se compreender melhor os níveis de carga com a tabela 7.

Corpos de prova UD Corpo de

Prova Lote Freq. (Hz)

Força min (kN)

Força max (kN)

Força min real (kN) Nível de Carga (Freal/Fruptura) % Tempos Rampa (s) Estática Dinâmica UD11 Defeituosos 10 -7,5 -0,75 -9,96 66 10 5 UD14 Defeituosos 10 -7,5 -0,75 -9,96 66 10 5 UD5 Antigos 10 -7,5 -0,75 -9,96 66 10 5 UD4 Antigos 10 -7,5 -0,75 -9,96 66 10 5 UD17 Refurados 10 -7,5 -0,75 -9,96 66 10 5 UD25 Refurados 10 -7,5 -0,75 -9,96 66 10 5 UD28' Refurados 10 -7,5 -0,75 -9,96 66 10 5 UD13' Defeituosos 40 -7,5 -0,75 -9,96 66 10 5 UD12 Defeituosos 30 -8 -0,8 -10,62 71 10 5 UD19 Defeituosos 50 -8 -0,8 -10,62 71 10 5 UD26 Defeituosos 40 -8 -0,8 -10,62 71 10 5 UD18' Defeituosos 40 -8 -0,8 -10,62 71 10 30 UD23 Refurados 10 -8,3 -0,83 -11,02 73 10 5 UD17' Refurados 10 -8,3 -0,83 -11,02 73 10 5 UD20 Refurados 10 -8,3 -0,83 -11,02 73 10 5 UD6 Antigos 10 -9 -0,9 -11,95 80 10 5 UD9 Antigos 10 -9 -0,9 -11,95 80 10 5 UD10 Antigos 10 -9 -0,9 -11,95 80 10 5 UD3 Antigos 10 -9 -0,9 -11,95 80 10 5 UD15' Refurados 10 -10 -1 -13,28 89 10 5 UD29 Refurados 10 -10 -1 -13,28 89 10 5 UD18 Refurados 10 -10 -1 -13,28 89 10 5 Corpos de prova T Corpo de

prova Lote Freq. Hz

Força min kN

Força max kN

Força min real kN Nível de Carga (Freal/Fruptura) % Tempos Rampa Estática Dinâmica T14' Refurados 10 -6,7 -0,67 -8,90 61 10 5 T18 Refurados 10 -6,7 -0,67 -8,90 61 10 5

T24' Refurados 10 -6,7 -0,67 -8,90 61 10 5 T19 Refurados 10 -6,7 -0,67 -8,90 61 10 5 T21’ Refurados 10 -6,7 -0,67 -8,90 61 10 5 T2 Antigos 10 -7,5 -0,75 -9,96 69 10 5 T2' Antigos 10 -7,5 -0,75 -9,96 69 10 5 T30 Refurados 10 -7,5 -0,75 -9,96 69 10 5 T4 Antigos 10 -8 -0,8 -10,62 73 10 5 T5 Antigos 10 -8 -0,8 -10,62 73 10 5 T11 Defeituosos 10 -8 -0,8 -10,62 73 10 5 T3 Antigos 10 -8 -0,8 -10,62 73 10 5 T14 Defeituosos 20 -8,5 -0,85 -11,29 78 10 5 T17' Refurados 10 -9,5 -0,95 -12,62 87 10 5 T23 Refurados 10 -9,5 -0,95 -12,62 87 10 5 T26 Refurados 10 -9,5 -0,95 -12,62 87 10 5

Tabela 7 Configurações dos ensaios de fadiga.

Foi estabelecido um check list para ser seguido em cada ensaio, para que nada seja esquecido antes de lançar o ensaio. Os pontos mais importantes são: respeitar o mesmo procedimento para montar os corpos de prova na máquina; apertar os parafusos de fixação dos mordentes com aproximadamente o mesmo torque; ligar o grupo hidráulico e fazer o contato entre o pino em aço e o corpo de prova com uma pequena carga de compressão; passar ao modo de pilotagem em força; verificar os parâmetros do software CATMAN, principalmente o registro dos dados e o contador de ciclos; colocar uma carga de 0kN na máquina para zerar todos os instrumentos de medida do software CATMAN; resetar uma carga inicial de aproximadamente -0,75kN; configurar os limites de deslocamento, força e controlador de amplitude; configurar a ação mestre em caso de ultrapassagem dos limites; verificar/regular os parâmetros de ensaio, ou seja, a frequência, o número de ciclos (para que o ensaio não seja parado antes da ruptura), a forma de onda, etc.; posicionar a câmera térmica e regular os parâmetros de imagem e de registro do software ThermaCAM; acionar a filmagem da câmera no ThermaCAM; acionar a gravação do CATMAN; e enfim lançar o ensaio com o controlador da SCHENCK. Esses documentos estão bem descritos nos apêndices A, B e C.