Comprovar a resistência dos tubos moldados através de ensaios mecânicos de curvatura

Tubos de aço inoxidável: ductilidade impressionante que proporciona resistência e maleabilidade

A maior parte da tubagem que fabricamos na Timeless Tube é formada por aço inoxidável por várias razões; é forte, maleável e resistente à corrosão, e permite uma variedade de acabamentos bonitos. É o melhor em qualquer análise de custos do ciclo de vida quando comparado com outros materiais, o que o torna uma escolha sustentável.

Os aços inoxidáveis saem-se bem em testes de compressão e carga axial devido à sua impressionante ductilidade, mas são mais complexos do que os aços carbono. Factores como o grau do aço inoxidável e os processos de fabrico utilizados antes do ensaio (como a conformação a frio) afectam a forma da curva tensão-deformação observada nos ensaios.  

Os resultados dos ensaios mecânicos de flexão/carga axial efectuados em condições controladas, combinados com anos de conhecimentos registados na nossa oficina, permitem-nos prever com confiança quais os perfis que serão estruturalmente sólidos antes de ser fabricado um novo tamanho ou forma.

Esta caraterística explora dois destes testes mecânicos de curvatura, bem como os cálculos típicos de raio de curvatura que utilizamos para determinar quais os "raios de curvatura" que os tubos moldados suportarão antes de se curvarem quando for necessária uma curvatura adicional durante o fabrico.

Ensaios mecânicos de deflexão para os perfis moldados da Timeless Tube

 A Timeless comprovou a resistência dos nossos perfis tubulares de formato único, testando até que ponto os tubos de aço inoxidável 316/L com 1 m de comprimento se desviam quando é aplicada uma força descendente de 400 kg no ponto médio do tubo, numa área de contacto de 50 mm contra o eixo principal do tubo.

Este ensaio de deflexão independente avaliou os efeitos de uma força de carga axial em cada perfil, utilizando o tubo redondo como controlo. (Testámos a força de carga axial porque é, sem dúvida, a força mais comum aplicada aos nossos tubos, em aplicações como corrimões, puxadores de portas e porta-bagagens de comboios). As várias curvas tensão-deformação para cada perfil mostraram diferentes pontos de deformação em resposta à carga de compressão.

Estas experiências cuidadosamente controladas demonstram que as nossas formas de perfil únicas superaram o desempenho do tubo redondo padrão a partir do qual são formadas, oferecendo maior resistência e integridade. De facto, o tubo oval plano e o tubo quadrado com raio (flush) foram até 54% mais fortes do que o tubo redondo nestes testes de deflexão.

 Saiba mais sobre estes ensaios de deflexão independentes.

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Ensaios de flexão de três pontos em secção oca oval para justificar a sua utilização em aplicações de engenharia estrutural

 O Professor Leroy Gardner do Imperial College de Londres, juntamente com os seus colegas, efectuou testes exaustivos em secções ocas ovais de aço inoxidável utilizando alguns tubos ovais de grandes dimensões, como o nosso 86x58x3mm - todos com uma relação de aspeto de aproximadamente 1,5. As conclusões de Gardner et al. ajudaram a defender a inclusão da secção oca oval como um material estrutural viável no Manual de Projeto para Aço Inoxidável Estrutural.

No artigo de 2009 "Flexural behaviour of stainless steel oval hollow sections" de M. Theofanous, T. M. Chan e L.Gardner, foram utilizados três tamanhos de tubos ovais Timeless laminados a frio e soldados por costura - 121x76x2mm, 121×76×3mm e 86×58×3mm - em ensaios de flexão de três pontos no plano para "abranger uma variedade de valores de esbelteza da secção e cobrir uma gama de respostas estruturais". Os ensaios incluíram um ensaio de flexão de eixo maior e um ensaio de flexão de eixo menor para cada dimensão de tubo.

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Os resultados ajudaram a alterar as possibilidades dos engenheiros de estruturas, uma vez que provaram que a secção oca oval pode ser adoptada com segurança de acordo com os mesmos limites de esbelteza codificados para a secção oca circular de aço inoxidável em conjunto com os diâmetros equivalentes propostos. As experiências controladas destacaram o efeito da relação de aspeto, da esbelteza da secção transversal e do gradiente de momento na capacidade de resistência e deformação. Combinados com os ensaios existentes e com os ensaios de elementos finitos, os resultados constituem uma leitura interessante.

Ver desenho 5.2 no Manual de Projeto para Aço Inoxidável Estrutural para os cálculos que podem ser utilizados pelos engenheiros de estruturas para determinar com segurança que secções ocas ovais podem ser utilizadas em aplicações estruturais.

Curvatura de raios para aplicações em tubos  

Como fabricantes de tubos, é-nos frequentemente pedido que dobremos tubos para aplicações variadas - desde as calhas dos púlpitos dos barcos até à proteção das jantes que rodeiam as grandes ventoinhas dos cenários de cinema. Por vezes, as curvas solicitadas podem ser realizadas, mas outras vezes são demasiado apertadas. (Quando as curvas solicitadas são consideradas demasiado apertadas, a nossa equipa de fabrico pode frequentemente encontrar outras formas de unir o tubo). 

Quando é necessário dobrar um tubo oval, utilizamos cálculos de modelos matemáticos e os nossos próprios dados empíricos para determinar se o raio dessa dobra é possível ou se é demasiado apertado. Se o ângulo da curvatura for demasiado apertado, o aço inoxidável ultrapassará os seus limites elásticos, provocando o enrugamento/encolhimento ou o corte.  

A curvatura no plano A (curvatura no eixo menor - ou horizontalmente) é sempre mais fácil do que a curvatura no plano B (curvatura no eixo maior - ou verticalmente). É frequente ouvir esta descrição como dobrar "da forma mais difícil" e dobrar "da forma mais fácil" na indústria de tubos e canos.

Utilizamos diferentes métodos de curvatura de tubos consoante o tipo de curvatura necessária; uma máquina de rolos triplos para curvas amplas e curvatura de raio fixo para curvas mais apertadas. Cada ferramenta de curvatura a que temos acesso - fabricada especificamente para cada tamanho de perfil - tem as suas próprias capacidades de curvatura. A título indicativo, um tubo que necessite de ser dobrado no plano A ou no plano B, utilizando a máquina de dobragem de raio fixo, necessitará provavelmente de um raio de linha central mínimo de 2,75 vezes a dimensão do eixo. Mas o raio mínimo da linha de centro variará consoante o tamanho e a forma do perfil.

A experimentação com a espessura da parede do tubo também é importante quando se trata de obter a curvatura ideal. Uma maior espessura da parede do tubo requer mais força para conseguir a curvatura desejada, mas significa que o tubo é menos suscetível de colapsar do que um tubo com uma espessura de parede mais fina.

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Fazemos experiências com novos perfis para testar as suas capacidades de dobragem, como o relativamente recente retângulo radial. O perfil retangular fotografado, medindo 58x34x1,5 mm, foi submetido a uma máquina de rolos triplos para ver até onde o podíamos dobrar antes de ocorrer o estrangulamento.

Na realidade, mesmo sem consultar quaisquer gráficos de curvatura do raio da linha de centro, os nossos fabricantes altamente experientes conseguem rapidamente perceber, a partir dos desenhos de engenharia, se as curvaturas parecem ser viáveis. Se tiver requisitos de dobragem , fale com a nossa equipa para discutir o que é possível para a sua aplicação.

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