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Development and evaluation of a fretting fatigue device to test aluminum wires of overhead conductors

Abstract

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2019.O presente trabalho tem como objetivos a concepção, fabricação e avaliação de um Dispositivo de Fadiga por Fretting em fios de alumínio que funciona acoplado a uma máquina de ensaio universal (MTS). No setor elétrico a fadiga por fretting é a principal causa de falha em cabos de transmissão de energia. Estas falhas são causadas por vibrações de origem eólica e surgem principalmente nos pontos de restrição ao movimento oscilatório tais como grampos de suspensão, espaçadores e amortecedores. O dispositivo foi projetado baseado na avaliação do fenômeno de fadiga por fretting, e este projeto levou a produção de um conjunto de especificações que incluiu todas aquelas necessárias para atender os requisitos previstos para este tipo de teste. O dispositivo permite a execução de testes de fadiga por fretting sob condições controladas de carga, que permite a análise detalhada de parâmetros que influenciam o processo de fadiga por fretting, quais sejam, força de atrito, nível de desgaste e morfologia da superfície de desgaste. Dessa forma o dispositivo atende as duas necessidades primordiais para que haja fretting, ou seja, o movimento cíclico de escorregamento entre as duas superfícies em contato e a força de contato entre elas. A carga cisalhante que provoca o microdeslizamento é induzida através da estrutura do dispositivo que é fixado a um atuador hidráulico no topo da máquina de ensaio. Sendo assim o dispositivo oscila livremente na direção vertical. Por fim, realizaram-se testes de avaliação a fim de verificar que o dispositivo atenda aos requisitos do caderno de encargos. Aperfeiçoamentos e alterações foram realizados para concluir essa meta. Outro objetivo desses testes foi a geração de uma curva S-N para o fio de cabo de alumínio liga 6201 termicamente tratado (CAL 900) e dessa forma obter uma previsão da vida em fadiga desse fio. Para concluir esse trabalho, as superfícies de falha dos fios foram analisadas através do Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV). O dispositivo desenvolvido neste trabalho mostrou-se capaz de induzir a fadiga por fretting em fios de ensaio, tal como ocorre nos fios de um condutor na região do grampo de suspensão. Visando avaliar o desempenho e validar o dispositivo, testes experimentais de fadiga por fretting foram realizados em fios de alumínio da liga 6201, com pressão de contato de 250N. viii Baseado nos resultados obtidos concluiu-se que, nas condições de teste adotadas, o dispositivo desenvolvido neste trabalho atende aos requisitos do projeto e que o fenômeno de fadiga por fretting em fios de alumínio de cabos condutores é reproduzido de forma eficaz.The aim of this work is to develop and manufacture a fretting fatigue device to test aluminum wires. The device operates through a Material Testing Machine (MTS). In the energy sector fretting fatigue is the main cause of failure in overhead conductors. The failures and ruptures are from Aeolian origin and arise where the aluminum wires from the cable are in contact with the suspension clamp, spacers and dampers. In order to design a device to meet all the needs for fretting to occur in wires, a study on the phenomenon of fretting fatigue was conducted. For the same purpose, a specification was also written that collects all the requirements and conditions that the device must meet. In this way the device meets the two primary needs for fretting, that is, the cyclic movement of slip between the two surfaces in contact and the force of contact between them. The shear load that causes the micro-slip is induced through the structure of the device which is attached to a hydraulic actuator at the top of the test machine. Thus, the device oscillates freely in the vertical direction. Finally, evaluation tests are carried out to demonstrate that the device meets the requirements of the specifications. Improvements and changes have been made to complete this goal. The other aim of these tests was to generate the SN curve of the AAAC 900 MCM single wire and to evaluate the fretting effect on fatigue life of this wire. Failure analysis was also conducted on individual wires by using optical and scanning electron microscope (SEM). The device is able to induce fretting fatigue in aluminum wires of overhead conductors, similar to the observed at suspension clamp region. The observed results confirm that, under test conditions used in this work, the device meets the project requirements and the fretting fatigue in aluminum wires of conductors is successfully reproduced

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oaioai:repositorio.unb.br:10482/36795Last time updated on 5/13/2020

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