Projeto de Sensor de Torque com Extensômetros e Simulação Ansys

Objetivo Projetar um sensor de torque com extensômetros que apresente uma deformação relativa 𝜀 de cerca de 1 09 𝜀 11 nos pontos onde serão instalados os elementos sensores extensômetros Figura 1 Também deverão ser avaliadas outras variáveis da simulação A deformação também chamada de strain é dada por 𝜀 Δ𝑙 𝑙 Onde Δ𝑙 é a dilação do material e 𝑙 é o comprimento absoluto ambos na mesma unidade 𝑚 Figura 1 Extensômetro tipo lâmina Extensômetro Também chamado de strain gauge é um transdutor que converte uma dilatação resultante da aplicação de uma força em variação da resistência elétrica sendo amplamente utilizado como elemento sensor para medição força Uma das aplicações mais usuais é em balanças através do emprego de células de carga Na configuração típica são utilizados 4 extensômetros conectados em uma ponte de Weathstone sendo que 2 deles estão sujeitos a forças de tração aumento da resistência elétrica e os outros 2 sujeitos a forças de compressão redução da resistência elétrica Além disso é conveniente que a região na qual serão fixados os extensômetros apresente uma deformação aproximadamente uniforme geralmente de 5 a 10 mm Para fins de ilustração a seguir são exibidas algumas estruturas de células de carga Percebese que a região na qual são fixados os extensômetros é mais fragilizada de forma a se obter uma maior deformação enquanto que o restante da estrutura apresenta maior robustez tendo deformação praticamente nula Métodos Numéricos para Engenharia Simulação de elementos finitos utilizando o software Ansys Célula de carga tipo S Figura 2 Célula de carga tipo S Célula de carga tipo single point Figura 3 Células de carga tipo single point Medição de torque A aplicação de um momento em um eixo fixo tende a provocar a sua torção conforme ilustra a Figura 4 Dessa forma conhecendose as propriedades do material e a torção sofrida é possível mensurar o momento aplicado Figura 4 Torção do eixo Na sequência a Figura 5 ilustra um sistema de medição de torque rotativo utilizado para avaliação de um motor Já a Figura 6 ilustra um sensor de torque onde é possível identificar os extensômetros aplicados nas regiões fragilizadas do mesmo Figura 5 Exemplo de um sistema de medição de torque rotativo Atividade É solicitado que seja feito o projeto e avaliação de um sistema de medição de torque através de extensômetros composto por uma base fixa de aço um sensor e um eixo de aço ao qual será aplicado um torque O elemento sensor deverá ser projetado com o material de acordo com a especificação abaixo e apresentar uma deformação 𝜀 de 1 na região de fixação dos extensômetros quando aplicado um determinado torque máximo Especificações as especificações do torque máximo a ser aplicado e o material do sensor serão individuais de acordo com o CGU de cada alunoa Aspectos a serem avaliados na simulação Efeito do tamanho dos elementos reduza o tamanho dos elementos utilizados na simulação e verifique o resultado Comente sobre os resultados obtidos na simulação inicial a após a redução do tamanho dos elementos Efeito da temperatura a variação da temperatura causa diversos efeitos na peça metálica principalmente a sua dilatação Avalie o efeito da deformação 𝜀 nas temperaturas de 10 C e 150 C Comente os resultados e seus possíveis efeitos na medição do torque Entrega deverá ser entregue um relatório em formato pdf indicando as especificações do projeto o desenho das peças dimensões e indicação dos pontos para fixação dos extensômetros Também deverá conter as imagens da simulação comprovando a deformação solicitada quando aplicado o torque máximo e as avaliações correspondentes ao tamanho dos elementos e o efeito da temperatura