Propagação de fendas por fadiga: Influência do contacto nos parâmetros de extremidade de fenda

Abstract

O contacto das faces da fenda tem sido utilizado para explicar o efeito da razão de tensão, e da história de carga na velocidade de propagação de fendas por fadiga. O conceito de fecho de fenda é porém um tema que tem gerado bastante controvérsia. O que se deve ao facto de não estar bem definido o efeito que o contacto das faces de fenda tem na propagação da mesma. Assim, o grande objetivo desta dissertação é descobrir qual a importância do contacto na velocidade de propagação de fenda. Outros objetivos são por um lado desenvolver uma estratégia de modelação numérica para quantificar o efeito desse mesmo contacto e por outro descobrir qual é a ligação entre os parâmetros de extremidade de fenda (energia dissipada, deslocamento de abertura de fenda, gama de deformação plástica e raio plástico cíclico) e a velocidade de propagação (curvas de da/dN). Para a resolução destes problemas foi realizado um vasto leque de simulações numéricas no programa DD3IMP utilizando modelos com e sem contacto considerando diferentes cargas cíclicas. Com este trabalho conseguiram-se confirmar várias hipóteses: (1) que o conceito de fecho de fenda é válido, (2) que o conceito da mecânica da fratura linear elástica (MFLE) é aplicável a este estudo, (3) há influência do fecho de fenda nos parâmetros de extremidade de fenda, (4) que o método baseado na compliance é o parâmetro de fecho de fenda induzido por plasticidade (PICC) mais eficaz e (5) que a malhagem tem uma grande influência nas previsões numéricas.

The contact of the crack flanks has been used to explain the effect of stress ratio and load history on fatigue crack growth. The concept of crack closure is still a very controversial subject, since the effect that the contact of crack flanks has on the fatigue crack growth is not well defined. Therefore, the main goal of this dissertation is to discover the importance of the contact on fatigue crack growth. Other goals are to define a numerical modelling strategy to quantify the effect of contact and to also find out the connection between the crack-tip parameters (dissipated energy, crack open displacement, plastic deformation range and cyclic plastic radius) and the fatigue crack growth (da/dN curves). To solve this problem, a wide range of numerical simulations were conducted using the program DD3IMP, where models with and without contact and with different cyclic loads were studied. This work confirmed several hypothesis, namely: (1) that the concept of crack closure is valid, (2) that the concept of linear elastic fracture mechanics (LEFM) is suitable for this study, (3) that the crack-tip parameters are influenced by crack closure, (4) that the compliance approach gives the most effective plasticity induced crack closure (PICC) parameter and (5) that the mesh has a large influence in the numerical predictions.