BR112015028284B1 - Processo de otimização de um banco de ensaio em fadiga oligocíclica e/ou policíclica, órgão de sustentação, e, banco de ensaio - Google Patents

Abstract

OTIMIZAÇÃO DE UM BANCO DE ENSAIO EM FADIGA OLIGOCÍCLICA OU EM FADIGA OLIGOCÍCLICA E POLICÍCLICA Processo de otimização de um banco de ensaio (200) em fadiga oligocíclica, e eventualmente policíclica, esse banco de ensaio sendo destinado a reproduzir um apoio de peças de turbomáquina, caracterizado pelo fato de que ele compreende as etapas que consistem em determinar parâmetros geométricos variáveis do órgão de sustentação (126) e/ou do corpo de prova (110) do banco, assim como faixas de variação desses parâmetros, determinar pelo menos um objetivo a atingir, uma variação dos valores de pelo menos uma parte dos parâmetros precitados tendo uma influência sobre esse objetivo, modificar um ou vários dos valores dos parâmetros precitados, dentro de suas faixas respectivas, e determinar aqueles que permitem atingir ou otimizar o objetivo, e realizar ou modificar um órgão de sustentação e/ou um corpo de prova em função dos parâmetros o timizados.

Description

DOMÍNIO TÉCNICO

[0001] A presente invenção se refere a um processo de otimização de um bando de ensaio em fadiga oligocíclica, e eventualmente combinado oligocíclica e policíclica, para reproduzir um apoio de peças de turbomáquina, tal como um apoio de pelo menos um pé de pá sobre uma face de apoio de alvéolo de um disco de rotor, e seu órgão de sustentação correspondente.

ESTADO DA TÉCNICA

[0002] Um disco de rotor de turbomáquina compreende em sua periferia uma fileira anular de alvéolos nos quais são enfiados pés de pá, que são, por exemplo, do tipo cauda de andorinha, para formar uma roda de rotor. Em funcionamento, as pás são submetidas a forças centrífugas e seus pés vêm se apoiar sobre faces de apoio laterais dos alvéolos do disco. As pás são por outro lado submetidas a oscilações ligadas aos esforços aerodinâmicos que induzem deslizamentos relativos entre os pés de pá e o disco. Essas solicitações influem sobre a duração de vida das ligações pá- disco.

[0003] A análise da duração de vida das ligações pá-disco repousa em cálculos tornados complexos pela influência do contato sobre as tensões e durações de vida calculadas. O cálculo de predição das durações de vida é possível via um modelo digital completo. A dificuldade do modelo empregado reside nos dados de entrada necessários. De fato, o modelo exige uma correlação entre um campo de tensões visto sob o contato pá-disco e o número de ciclos de início de uma fissura correspondente.

[0004] Tendo em vista essa análise, é necessário projetar um ensaio capaz de reproduzir, em condição de laboratório, um contato pá-disco submetido a um carregamento de fadiga oligocíclica (LCF: low cycle fatigue) ou de fadiga oligocíclica e policíclica (HCF: high cycle fatigue). Um banco de ensaio deve permitir determinar experimentalmente a duração de vida do contato pá-disco. Esses dados experimentais serão utilizados na sequencia para regular as metodologias digitais de determinação de duração de vida sobre as peças reais sobre as quais é impossível determinar experimentalmente uma duração de vida.

[0005] Na técnica atual, os bancos de ensaio em fadiga oligocíclica, e eventualmente policíclica, compreendem cada um deles um órgão de sustentação fixado a uma estrutura e que define pelo menos uma superfície de apoio, e um corpo de prova que é ligado a meios de tração para solicitar o corpo de prova em apoio sobre a ou cada superfície de apoio do órgão.

[0006] No entanto, esses bancos de ensaio não são inteiramente satisfatórios pois eles são projetados sem levar em consideração as características do órgão de sustentação e do corpo de prova, a qualidade do contato entre o órgão de sustentação e o corpo de prova, a aplicação industrial do contato testado, o comportamento dinâmico do banco de ensaio por ocasião de um ensaio em fadiga policíclica, etc.

[0007] A presente invenção tem notadamente como objetivo trazer uma solução simples, eficaz e econômica a pelo menos uma parte dos problemas precitados. EXPOSIÇÃO DA INVENÇÃO

[0008] A invenção propõe um processo de otimização de um banco de ensaio em fadiga oligocíclica, e eventualmente combinado oligocíclica e policíclica, esse banco de ensaio sendo destinado a reproduzir um apoio de peças de turbomáquina, tal como um apoio de pelo menos um pé de pá sobre uma face de apoio de alvéolo de um disco de rotor, e que compreende um órgão de sustentação fixado a uma estrutura e que define pelo menos duas superfícies de apoio, e um corpo de prova que é ligado a meios de tração para solicitar o corpo de prova em apoio sobre a ou cada superfície de apoio do órgão, processo que compreende as etapas que consistem em: - determinar parâmetros, em especial geométricos, variáveis do órgão de sustentação e/ou do corpo de prova, assim como faixas de variação desses parâmetros, - determinar pelo menos um objetivo a atingir ou a otimizar, uma variação dos valores de pelo menos uma parte dos parâmetros precitados tendo uma influência sobre o objetivo, - modificar um ou vários dos valores dos parâmetros precitados, dentro de suas faixas respectivas, e determinar aqueles que permitem atingir ou otimizar o objetivo, de modo a identificar parâmetros otimizados, e - realizar um órgão de sustentação e/ou um corpo de prova a partir de parâmetros fixos e dos parâmetros otimizados para equipar um novo banco, ou modificar o órgão de sustentação e/ou o corpo de prova de um banco existente a partir dos parâmetros otimizados.

[0009] O processo é notável pelo fato de que o órgão de sustentação que compreende por outro lado duas partes medianas que levam respectivamente as duas superfícies de apoio, cada parte mediana sendo ligada, no lado oposto aos meios de tração, por um primeiro braço a uma base de fixação na estrutura e, no lado dos meios de tração, por um par de segundos braços a extremidades de duas barras transversais paralelas à distância uma da outra, as extremidades opostas das barras sendo ligadas por um outro par de segundos braços à outra parte mediana, o processo compreende entre os parâmetros variáveis pelo menos uma dimensão dos segundos braços de cada par, e/ou o ângulo de inclinação desses segundos braços em relação à barra transversal correspondente ou em relação à superfície de apoio da parte mediana correspondente.

[0010] A invenção propõe assim um processo que permite otimizar certos parâmetros do órgão de sustentação e do corpo de prova a fim de melhorar notadamente a representatividade do ensaio em relação à aplicação industrial assim como a confiabilidade dos objetivos desse ensaio. Os parâmetros variáveis são de preferência parâmetros geométricos, mas podem ser outros tipos de parâmetros ou não somente parâmetros geométricos. A invenção permite por outro lado modificar um banco de ensaio para que ele se adapte a qualquer tipo de apoio de peças de turbomáquina, e apresenta, por outro lado, a vantagem de poder se aplicar a um banco existente da técnica anterior.

[0011] O processo de acordo com a invenção pode ser executado por um sistema informático que compreende um software de otimização tal como, por exemplo, o software DesignXplorer comercializado pela empresa Ansys.

[0012] Os parâmetros variáveis podem compreender pelo menos uma dimensão dos primeiros braços, tal como o comprimento e/ou a espessura dos mesmos, e/ou o ângulo de inclinação desses braços em relação à base ou em relação à superfície de apoio, e/ou a rigidez desses braços, e/ou a altura ou comprimento entre a base e a superfície de apoio.

[0013] O objetivo a atingir pode ser o paralelismo e o contato das superfícies de apoio entre o corpo de prova e o órgão de sustentação, e/ou uma amplitude máxima de deslizamento entre essas superfícies, e/ou uma pressão de contato substancialmente homogênea entre essas superfícies.

[0014] Quando as superfícies do corpo de prova e do órgão de sustentação estão apoiadas sobre uma zona substancialmente retangular, a pressão de contato pode ser considerada como substancialmente homogênea quando a relação entre a pressão de contato ao nível de uma borda inferior da zona e aquela ao nível de uma borda superior da zona é igual a cerca de um.

[0015] No caso em que o banco é utilizado para ensaios em fadiga oligocíclica e policíclica e que ele compreende duas peças em forma de I com parte mediana flexível, das quais uma liga o órgão de sustentação à estrutura e das quais a outra liga uma extremidade de uma lâmina vibrante aos meios de tração, a outra extremidade da lâmina sendo ligada ao corpo de prova, o banco compreendendo por outro lado meios de excitação que cooperam com a peça em I ligada à lâmina para fazer vibrar essa lâmina por ocasião dos ensaios, o objetivo a atingir pode ser uma frequência alvo de vibração da lâmina. No caso em que pelo menos dois objetivos são determinados, pelo menos alguns desses objetivos são classificados por ordem de importância. Assim, no caso em que vários valores de parâmetros permitem otimizar esses objetivos, os parâmetros que serão escolhidos poderão ser aqueles que permitem a melhor otimização do objetivo de maior importância.

[0016] No caso em que o processo é utilizado para a otimização de um banco de ensaio que reproduz o apoio de pelo menos um pé de pá sobre uma face de apoio de alvéolo de um disco de rotor, as superfícies de apoio do corpo de prova podem representar superfícies de apoio de face de apoio de alvéolo de um disco de rotor, e as superfícies de apoio do órgão de sustentação representar superfícies de apoio de um pé de pá.

[0017] A invenção também se refere a um órgão de sustentação que compreende pelo menos duas superfícies de apoio destinadas a cooperar com superfícies de apoio de um corpo de prova em um banco de ensaio para reproduzir um apoio de peças de turbomáquina, tal como um apoio de pelo menos um pé de pá sobre uma face de apoio de alvéolo de um disco de rotor, e fazer ensaios em fadiga oligocíclica, e eventualmente policíclica. O órgão de sustentação sendo destinado a ser fixado a uma estrutura e o corpo de prova devendo ser ligado a meios de tração para solicitar o corpo de prova em apoio sobre cada superfície de apoio do órgão de sustentação, o órgão de sustentação é caracterizado pelo fato de que ele compreende por outro lado duas partes medianas que levam respectivamente as duas superfícies de apoio, cada parte mediana sendo ligada, no lado oposto aos meios de tração, por um primeiro braço a uma base de fixação sobre a estrutura e, no lado dos meios de tração, por um par de segundos braços a extremidades de duas barras transversais paralelas à distância uma da outra, as extremidades opostas das barras sendo ligadas por um outro par de segundos braços à outra parte mediana.

[0018] Vantajosamente, os primeiros braços do órgão de sustentação são substancialmente colineares aos esforços de cisalhamento aplicados sobre as superfícies de apoio e os segundos braços são substancialmente colineares aos esforços normais aplicados sobre essas superfícies. Isso permite uma dissociação das tensões normais e de cisalhamento. Mais precisamente, a geometria do órgão (colinear com os esforços normais de um lado e os esforços de cisalhamento do outro) permite, pela folga das deformações de uma tal estrutura, conservar um contato perfeitamente plano/plano qualquer que seja a solicitação. A presente invenção também se refere a um banco de ensaio em fadiga oligocíclica, e eventualmente policíclica, caracterizado pelo fato de que ele compreende um órgão de sustentação tal como descrito acima e que ele é otimizado pelo processo tal como descrito acima. DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0019] A invenção será melhor compreendida e outros detalhes, características e vantagens da invenção aparecerão com a leitura da descrição seguinte feita a título de exemplo não limitativo e em referência aos desenhos anexos, nos quais: - A figura 1 é uma vista bastante esquemática da ligação de um pé de pá em um alvéolo de um disco de rotor de uma turbomáquina, - A figura 2 é uma vista esquemática parcial de um naco de ensaio em fadiga oligocíclica e mostra um corpo de prova e um órgão de sustentação desse banco, - A figura 3 é uma vista em escala ampliada de uma parte da figura 2 e mostra a zona de contato entre o corpo de prova e o órgão de sustentação, - A figura 4 é uma vista esquemática do órgão de sustentação da figura 2 em decorrer de ensaio em fadiga, - A figura 5 é um gráfico que representa a evolução do ângulo de abertura na zona de contato em função da posição dessa zona, - A figura 6 é uma vista esquemática parcial em perspectiva de um outro banco de ensaio em fadiga oligocíclica, - A figura 7 é uma meia vista do órgão de sustentação e do corpo de prova do banco de ensaio da figura 6, - A figura 8 é uma vista esquemática em perspectiva de um banco de ensaio em fadiga oligocíclica e policíclica, - A figura 9 é uma vista em escala ampliada de uma parte da figura 8 e mostra a zona de contato entre o corpo de prova e o órgão de sustentação, - A figura 10 é um gráfico que representa a evolução da pressão de contato entre o corpo de prova e o órgão de sustentação, entre uma borá superior e uma borda inferior da zona de contato, - As figuras 11 e 12 são gráficos que representam a influência da variação de parâmetros geométricos do órgão de sustentação sobre a homogeneidade da pressão de contato entre o corpo de prova e o órgão de sustentação e sobre a amplitude de deslizamento entre eles, e - A figura 13 é um gráfico que representa a evolução da amplitude de deslocamento da zona de contato em função da frequência de vibração de uma lâmina do banco de ensaio.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0020] É primeiramente feito referência à figura 1 que representa de maneira esquemática uma ligação pá-disco de uma turbomáquina, a pá 10 compreendendo um pé 12 que é introduzido em um alvéolo 14 da periferia de um disco de rotor 16, esse disco compreendendo uma fileira anular de alvéolos 14 desse tipo de recepção dos pés de pás. O conjunto formado pelo disco 16 e pelas pás 10 forma uma roda de rotor da turbomáquina. O pé 12 é aqui em cauda de andorinha. Dois alvéolos 14 adjacentes do disco 16 são separados um do outro por um dente 15, os dentes 15 situados de um lado e de outro do pé 12 da pá da figura 1 sendo parcialmente representados.

[0021] Em funcionamento, a pá 10 é submetida a forças centrífugas (flecha 18) e sua lâmina tem tendência a oscilar (flecha 20), o que provoca o apoio e o deslizamento das partes laterais do pé de pá 12 sobre faces de apoio 22 laterais do alvéolo 14 do disco. As flechas 24 representam esforços normais que são aplicados sobre as superfícies confrontantes do pé de pá 12 e do alvéolo 14, e as flechas 26 designam esforços de cisalhamento que são aplicados sobre essas superfícies.

[0022] As figuras 2 a 4 representam um banco de ensaio projetado para reproduzir dois contatos pá-disco submetidos a um carregamento de fadiga oligocíclica (LCF: Low Cycle Fatigue), a fim de determinar experimentalmente a duração de vida desses contatos.

[0023] O banco de ensaio 100 compreende essencialmente duas partes, uma primeira parte 102 que é ligada a meios de tração 104 e que é destinada a reproduzir um dente de um disco de rotor, e uma segunda parte 106 que é ligada a uma estrutura 108 fixa e que é destinada a reproduzir porções de dois pés de pá que cooperam com esse dente.

[0024] A primeira parte 102 compreende um corpo de prova 110 que é fixada na extremidade de uma lâmina 112 da qual a outra extremidade é ligada aos meios de tração 104. Esses meios de tração 104 compreendem, por exemplo, um macaco do qual a extremidade livre da haste é ligada à lâmina 112 e do qual o cilindro é levado por uma parte fixa do banco de ensaio. Esse macaco é de preferência orientado paralelamente à lâmina 12 de modo a que a força de tração seja paralela ao eixo longitudinal da lâmina 112.

[0025] O corpo de prova 110 compreende uma parte conformada em dente de disco, essa parte reproduzindo porções de dois alvéolos adjacentes do disco. Essa parte tem uma forma geral em cauda de andorinha e compreende duas faces laterais conformadas para reproduzir as faces de apoio 120 de dois alvéolos adjacentes do disco. Cada uma dessas faces de apoio 120 compreende uma superfície de apoio 124 relativamente plana (figura 3).

[0026] A segunda parte 106 do banco de ensaio 100 compreende um órgão de sustentação 126 que compreende uma base 128 fixada à estrutura 108 e duas barras transversais 130 paralelas entre si e à base e à distância uma da outra, essas barras 130 sendo ligadas à base por braços 132, 134 que levam partes medianas 138 de apoio do corpo de prova 110.

[0027] A base 128 tem uma forma paralelepipédica e é de preferência fixada de modo plano em uma posição horizontal sobre a estrutura 108. Ela é ligada por duas extremidades opostas a extremidades inferiores dos primeiros braços 132 dos quais as extremidades superiores são ligadas a partes medianas 138 que levam superfícies de apoio 148, essa partes medianas 138 sendo ligadas às extremidades inferiores de segundos braços 134 dos quais as extremidades superiores são ligadas às extremidades das barras transversais 130. As superfícies de apoio 148 são destinadas a cooperar com as superfícies de apoio 124.

[0028] Os primeiros braços 132 ou braços inferiores são em número de dois, cada braço 132 ligando uma extremidade da base 128 a uma extremidade inferior da parte mediana 138. Em posição de repouso, esses braços 132 são substancialmente perpendiculares à base 128.

[0029] Os segundos braços 134 ou braços superiores são em número de quatro, cada parte mediana 138 sendo ligada por um par de segundos braços 134 a primeiras extremidades das barras transversais 130 das quais as extremidades opostas são ligadas pelo outro par de segundos braços 134 à outra parte mediana 138. Os segundos braços 134 de cada par são paralelos e estão à distância um do outro, cada barra transversal 130 e os segundos braços 134 ligados a essa barra sendo situados substancialmente em um mesmo plano. Em posição de repouso, esses braços 134 são substancialmente perpendiculares às barras 130.

[0030] Em posição de montagem representada na figura 2, a lâmina 12 passa entre as barras 130 e o corpo de prova 110 se estende entre as partes medianas 138, de modo que as superfícies 124 do corpo de prova 110 estejam em apoio sobre as superfícies 148 das partes medianas 138.

[0031] Como está visível na figura 3, no decorrer de um ensaio de fadiga, mesmo se as superfícies de apoio 124, 148 do corpo de prova 110 e do órgão de sustentação 126 estão perfeitamente paralelas e em apoio uma sobre a outra no início do ensaio, é possível que, devido às deformações das peças, essas superfícies se desalinhem e se afastem uma da outra, o que se traduz pelo aparecimento de um ângulo de abertura α na zona de contato.

[0032] Esse inconveniente é suprimido graças ao processo de otimização de acordo com a invenção que permite modificar o órgão de sustentação e/ou o corpo de prova de modo a assegurar que o ângulo de abertura α permaneça nulo durante todo o tempo do ensaio.

[0033] Como está visível na figura 4, as peças do banco de ensaio 100 e em especial o órgão de sustentação são submetidos a esforços e sofrem deformações que são aqui visíveis por deformações dos braços 131, 134 do órgão de sustentação 126 que se traduzem por um afastamento das partes medianas 138 e das superfícies de apoio 148 umas das outras e apresenta o risco de criar o aparecimento de um ângulo de abertura α entre essas superfícies.

[0034] Como explicado no que precede, o processo de acordo com a invenção permite otimizar um ou vários parâmetros, notadamente geométricos, variáveis do banco de ensaio para atingir do melhor modo possível um objetivo. O objetivo buscado é aqui evitar o aparecimento do ângulo de abertura α em decorrer de ensaio, esse ângulo deve, portanto, permanecer nulo. O parâmetro geométrico variável é aqui a posição da zona de contato que corresponde na figura 4 à dimensão L que se estende entre as bordas superiores das barras 130 e as extremidades inferiores dos braços 134 (e é substancialmente igual à soma do comprimento dos braços 134 e da espessura das barras 130, essas dimensões sendo medidas em uma direção substancialmente paralela ao eixo longitudinal da lâmina 112 precitada).

[0035] A posição da zona de contato é expressa em porcentagem do comprimento total L’ do órgão de sustentação 126. A posição P da zona de contato é assim igual à relação (L/L’)*100.

[0036] O processo de acordo com a invenção consiste notadamente em determinar por cálculo a influência da variação de P sobre o ângulo de abertura α e em determinar para qual valor de P o objetivo é atingido (α = 0). O processo pode consistir em estabelecer um gráfico tal como representado na figura 5 no qual a faixa de variação de P é de [20 % - 40 %]. É constatado que o ângulo α é nulo para P = 27 5 aproximadamente. É preciso portanto que a zona de contato entre o corpo de prova 110 e o órgão de sustentação 126 do banco de ensaio 110 das figuras 2 a 4 esteja situada a cerca de 27 % do comprimento total do órgão de sustentação, medido a partir das barras transversais 130.

[0037] As figuras 6 e 7 representam um outro banco de ensaio 100’ em fadiga oligocíclica (LCF: Low Cycle Fatigue), que foi projetado e otimizado graças ao processo de acordo com a invenção.

[0038] Esse banco de ensaio 100’ difere daquele 100 descrito no que precede notadamente pelo fato de que seus braços 132, 134 são inclinados em relação à base 128 e às barras transversais 130, as extremidades superiores dos braços 132 sendo cada uma delas ligadas à extremidade inferior de uma parte mediana 138 em porção de cilindro, da qual a extremidade superior é ligada às extremidades inferiores dos braços 134. Os braços 132 são substancialmente colineares aos esforços de cisalhamento aplicados sobre as superfícies 124, 148 e os braços 134 são substancialmente colineares aos esforços normais aplicados sobre essas superfícies.

[0039] O processo de acordo com a invenção foi aplicado utilizando-se para isso os parâmetros seguintes como parâmetros geométricos variáveis: o ângulo de inclinação de cada braço 132, 134 (em relação à base 128, por exemplo), a espessura das diferentes partes do órgão de sustentação 126, e a rigidez e o comprimento dos braços 132, 134. Nas figuras 6 e 7, as flechas designadas pelas referências 150-159 representam alguns desses parâmetros: as flechas 150, 152 representam os comprimentos dos braços 132, 134, respectivamente, as flechas 154, 156 representam as alturas desses braços 132, 134, respectivamente, a flecha 158 representa a altura ou posição da zona de contato, e a flecha 159 representa a largura da base 128 ou do órgão de sustentação 126.

[0040] A figura 8 representa um banco de ensaio 200 projetado para reproduzir dois contatos pá-disco submetidos a um carregamento de fadiga oligocíclica (LCF: Low Cycle Fatigue) e policíclica (HCF: High Cycle Fatigue).

[0041] O banco de ensaio 200 compreende todas as características precitadas do banco 100’, com, além disso, as características seguintes.

[0042] O órgão 126 é fixado à estrutura por intermédio de uma peça 158 em forma de I. Essa peça 158 compreende dois blocos 160 maciços substancialmente paralelepipédicos e paralelos que são ligados entre si por uma parede 162 flexível perpendicular aos blocos. A base 128 do órgão 126 é aplicada e fixada sobre um dos blocos 160, o segundo bloco sendo fixado à estrutura 108.

[0043] A lâmina 112 é fixada aos meios de tração por intermédio de uma outra peça 164 em forma de I, substancialmente idêntica à primeira 160. Um dos blocos 166 dessa peça 164 é fixado a uma extremidade da lâmina 112 (oposta ao corpo de prova 110) e o outro bloco 166 é ligado aos meios de tração. As paredes 162, 168 flexíveis das peças em I são substancialmente coplanares.

[0044] O banco de ensaio 200 compreende meios de excitação de alta frequência, tais como um vibrador, que se apoiam sobre a peça 164 em I ligada à lâmina 112, por exemplo, ao nível do bloco 166 ligado a essa lâmina, para fazer a lâmina 112 vibrar.

[0045] A figura 9 é uma vista em escala ampliada da zona de contato entre o corpo de prova 110 e o órgão de sustentação 126 da figura 8. Durante o ensaio em fadiga, é importante que a pressão de contato entre as superfícies de apoio 124, 148 do corpo de prova 110 e do órgão de sustentação 126 seja substancialmente homogênea em toda a extensão dessas superfícies. A zona de contato pode ser assimilada a uma superfície substancialmente retangular e plana. A pressão de contato é considerada como homogênea quando a pressão de contato P1 situada ao nível da borda inferior (em C1) da zona de contato é substancialmente igual à pressão de contato P2 situada ao nível da borda superiro (em C2) da zona de contato, quer dizer que a relação P1/P2 é substancialmente igual a 1. O gráfico da figura 10 mostra a evolução da pressão de contato P(mPa) em função da posição na zona de contato, medida em milímetros a partir de C1, em um exemplo de realização.

[0046] As figuras 11 e 12 ilustram um modo de realização do processo de acordo com a invenção que é aqui utilizado para atingir simultaneamente dois objetivos: o primeiro sendo a relação de pressão P1/P2 precitada que deve ser igual a cerca de 1, e o segundo sendo a amplitude de deslizamento das superfícies de apoio 124, 148 que deve ser a maior possível.

[0047] As figuras 11 e 12 apresentam as superfícies de resposta de uma série de cálculos, quer dizer o valor dos critérios de otimização em função dos parâmetros variáveis de entrada. Essas superfícies de resposta permitem na sequencia propor o melhor candidato em relação aos critérios de entrada.

[0048] A figura 11 mostra a evolução da relação de pressão (em X), em função do comprimento dos braços 132 (flecha 154 na figura 7 - em Y (mm)) e do comprimento dos braços 134 (flecha 156 na figura 7 - em Z (mm)). A figura 12 mostra a amplitude de deslizamento das superfícies de apoio 124, 148 (em X (10-4 m), em função do comprimento dos braços 132, 134 (em Y (mm) e Z (mm), respectivamente)).

[0049] A tabela abaixo compreende os objetivos das etapas de otimização do processo de acordo com a invenção.

[0050] A faixa de variação do comprimento dos braços 132 é [80, 100] mm e aquela do comprimento dos braços 134 é [79, 80] mm. Cada candidato A, B e C corresponde a um conjunto de valores dos parâmetros considerados. Como explicado no que precede, o objetivo é aqui ao mesmo tempo maximizar a amplitude de deslizamento das superfícies de apoio e fazer de modo com que a relação de pressão P1/P2 seja a mais próxima possível de 1. Nos critérios de importância, é notado que o objetivo de relação de pressão prevalece sobre o objetivo de amplitude de deslizamento.

[0051] É constatado que os candidatos A e B permitem obter uma amplitude de deslizamento relativamente grande, e que o candidato C permite obter uma relação de pressão próxima de 1 com uma amplitude de deslizamento relativamente boa. Considerando a importância do objetivo de relação de pressão, o candidato C é escolhido, quer dizer que os valores correspondentes dos comprimentos dos braços 132, 134 são considerados como valores otimizados para atingir o duplo objetivo precitado.

[0052] No caso em que o objetivo a atingir é uma frequência de vibração, é necessário adaptar o banco para poder aplicar essa frequência, pois a frequência de excitação ou de solicitação HCF não é constante. A solicitação HCF é principalmente comandado pela geometria e pela rigidez do órgão de sustentação 126 e, sobretudo, pela geometria e pela rigidez da lâmina 112. A frequência de vibração não é comandada e depende da geometria e da rigidez do órgão de sustentação 126 e da lâmina 112, por exemplo.

[0053] O processo de otimização é aplicado com o mesmo protocolo que precedentemente, propondo assim modificações de parâmetros do banco de ensaio. O comportamento harmônico completo do novo banco é em seguida calculado e superposto à resta alvo. A figura 13 é um gráfico que representa a evolução da amplitude de deslocamento (Amp (m)) das superfícies de apoio 124, 148 do corpo de prova 110 e do órgão de apoio 126 em função da frequência de vibração da lâmina 112. A curva 202 representa a resposta harmônica alvo e a curva 204 representa a resposta harmônica calculada pelo processo de acordo com a invenção. É constatado que o processo de otimização do banco é eficaz e que a tecnologia do banco de ensaio permite, fazendo para isso variar os parâmetros, adaptar a resposta harmônica em função da aplicação.

[0054] O processo de acordo com a invenção pode ser executado por um sistema informático destinado notadamente a efetuar cálculos de otimização.

[0055] A última etapa do processo de acordo com a invenção consiste em realizar um órgão de sustentação e/ou um corpo de prova a partir de parâmetros fixos e dos parâmetros otimizados para equipar um novo banco, ou em modificar o órgão de sustentação e/ou o corpo de prova de um banco existente a partir de parâmetros otimizados.

Claims (13)

1. Processo de otimização de um banco de ensaio (100, 200) em fadiga oligocíclica e/ou policíclica, esse banco de ensaio sendo destinado a reproduzir um apoio de peças de turbomáquina, e que compreende um órgão de sustentação (126) fixado a uma estrutura (108) e que define pelo menos duas superfícies de apoio (148), e um corpo de prova (110) que é ligado a meios de tração (104) para solicitar o corpo de prova em apoio sobre a ou cada superfície de apoio do órgão, processo compreendendo as etapas que consistem em: - determinar parâmetros variáveis do órgão de sustentação e/ou do corpo de prova, e faixas de variação desses parâmetros, - determinar pelo menos um objetivo a atingir ou a otimizar, uma variação dos valores de pelo menos uma parte dos parâmetros precitados tendo uma influência sobre o objetivo, - modificar um ou vários dos valores dos parâmetros precitados, dentro de suas faixas respectivas, e determinar aqueles que permitem atingir ou otimizar o objetivo, de modo a identificar parâmetros otimizados, e - realizar um órgão de sustentação e/ou um corpo de prova a partir de parâmetros fixos e dos parâmetros otimizados para equipar um novo banco, ou modificar o órgão de sustentação e/ou o corpo de prova de um banco existente a partir dos parâmetros otimizados, e caracterizado pelo fato de que o órgão de sustentação (126) se estendendo ao longo de uma direção longitudinal e compreendendo adicionalmente duas partes medianas (138) que levam respectivamente as duas superfícies de apoio (148), cada parte mediana (138) sendo ligada, do lado oposto aos meios de tração (104), por um primeiro braço (132) a uma base de fixação (128) sobre a estrutura (108), uma das partes medianas sendo conectada do lado dos meios de tração (104), por um par de segundos braços (134) a extremidades de duas barras transversais (130) paralelas à distância uma da outra, as extremidades opostas das barras sendo ligadas por um outro par de segundos braços à outra parte mediana, do lado dos meios de tração (104), dois pares de segundos braços e os primeiros braços se estendendo ao longo de uma direção longitudinal e em direção oposta com relação à parte mediana, e o processo compreende entre os parâmetros variáveis pelo menos uma dimensão dos segundos braços (134) de cada par, e/ou o ângulo de inclinação desses segundos braços em relação à barra transversal (130) correspondente ou em relação à superfície de apoio (148) da parte mediana correspondente.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os parâmetros variáveis compreendem pelo menos uma dimensão de cada primeiro braço (132), e/ou o ângulo de inclinação de cada primeiro braço em relação à base ou em relação à superfície de apoio (148) da parte mediana correspondente, e/ou a altura ou comprimento entre a base (128) e as superfícies de apoio (148).

3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o objetivo a atingir é o paralelismo e o contato das superfícies de apoio (124, 148) entre o corpo de prova (110) e o órgão de sustentação (126), e/ou uma amplitude máxima de deslizamento entre essas superfícies de apoio, e/ou uma pressão de contato homogênea entre essas superfícies de apoio.

4. Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que, as superfícies de apoio (124, 148) do corpo de prova (110) e do órgão (126) de sustentação estando apoiadas sobre uma zona substancialmente retangular, a pressão de contato é considerada como homogênea quando a relação entre a pressão de contato (P1) ao nível de uma borda inferior da zona e aquela (P2) ao nível de uma borda superior da zona é igual a cerca de um.

5. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que, o banco (200) sendo utilizado para ensaios em fadiga oligocíclica e policíclica e compreendendo duas peças (158, 164) em forma de I com parte mediana flexível, das quais uma liga o órgão de sustentação (126) à estrutura (108) e das quais a outra liga uma extremidade de uma lâmina (112) vibrante aos meios de tração (104), a outra extremidade da lâmina sendo ligada ao corpo de prova (110), o banco de ensaio compreendendo adicionalmente meios de excitação que cooperam com a peça em I ligada à lâmina para fazer vibrar essa lâmina por ocasião dos ensaios, o objetivo a atingir é uma frequência alvo de vibração da lâmina.

6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que, no caso em que pelo menos dois objetivos são determinados, pelo menos uma parte desses objetivos é classificada por ordem de importância.

7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, para a otimização de um banco de ensaio que reproduz o apoio de pelo menos um pé de pá sobre uma face de apoio de alvéolo de um disco de rotor, caracterizado pelo fato de que as superfícies de apoio (124) do corpo de prova representam superfícies de apoio de face de apoio de alvéolo de um disco de rotor, e as superfícies de apoio (148) do órgão de sustentação (126) representam superfícies de apoio de um pé de pá.

8. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que dito suporte é um suporte de pelo menos um pé de pá sobre uma face de apoio de alvéolo de um disco de rotor.

9. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os ditos parâmetros variáveis são parâmetros geométricos.

10. Órgão de sustentação (126) que compreende pelo menos duas superfícies de apoio (148) destinadas a cooperar com superfícies de apoio (124) de um corpo de prova (110) em um banco de ensaio (100, 200) para reproduzir um apoio de peças de turbomáquina, e fazer ensaios em fadiga oligocíclica, e eventualmente policíclica, o órgão de sustentação sendo destinado a ser fixado a uma estrutura (108) e o corpo de prova (110) devendo ser ligado a meios de tração (104) para solicitar o corpo de prova em apoio sobre cada superfície de apoio (148) do órgão de sustentação (126), caracterizado pelo fato de que dito órgão de sustentação se estende ao longo de uma direção longitudinal e compreende adicionalmente duas partes medianas (138) que levam respectivamente as duas superfícies de apoio (148), cada parte mediana (138) sendo ligada, do lado oposto aos meios de tração (104), por um primeiro braço (132) a uma base de fixação (128) sobre a estrutura (108), uma das partes medianas sendo conectada, do lado dos meios de tração (104), por um par de segundos braços (134) a primeiras extremidades de duas barras transversais (130) paralelas que estão a uma distância uma da outra, as segundas extremidades opostas das barras transversais sendo ligadas por um outro par de segundos braços à outra parte mediana, do lado dos meios de tração (104), os dois pares de segundos braços e os primeiros braços se estendendo ao longo de uma direção longitudinal e em direção oposta com relação à parte mediana .

11. Órgão de sustentação de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que os primeiros braços (132) são substancialmente colineares aos esforços de cisalhamento aplicados sobre as superfícies de apoio (124, 148) e os segundos braços (134) são colineares aos esforços normais aplicados sobre essas superfícies de apoio.

12. Órgão de sustentação de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que dito órgão de sustentação é um órgão de sustentação de pelo menos um pé de pá sobre uma face de apoio de alvéolo de um disco de rotor.

13. Banco de ensaio (100, 200) em fadiga oligocíclica e/ou policíclica, que compreende um órgão de sustentação (126) conforme definido na reivindicação 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que é otimizado pelo processo conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9.

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