Propagação de fendas por fadiga: Efeitos transientes associados a variações de carga

Abstract

A falha por fadiga é o modo de ruína mais frequente em equipamentos em serviço submetidos a carga cíclica. Os espectros reais são normalmente complexos, contendo muitas vezes sobrecargas e subcargas. O conceito de fecho de fenda permite explicar o comportamento transiente da propagação da fenda por fadiga que se observa após a aplicação de sobrecargas, subcargas ou blocos de carga. Esta dissertação estuda, de um modo sistemático, o efeito das sobrecargas e subcargas no fenómeno de fecho de fenda induzido por deformação plástica (PICC). Este estudo foi feito através de um programa de elementos finitos, o DD3IMP, onde se variaram os parâmetros de carga para depois obter vários resultados como as curvas (open/max)-∆a ou os perfis da fenda após a sobrecarga/subcarga. Verificou-se que a aplicação de uma sobrecarga provoca um arredondamento da extremidade da fenda, que elimina o contacto atrás do ponto de aplicação da sobrecarga. A propagação até ao pico e a propagação necessária para a estabilização dependem de ∆KOL. O pico de fecho depende de ∆KOL2=KOL-Kmax,BL que foi o parâmetro de carga que apresentou melhores resultados em termos de influência. A análise dos parâmetros não lineares de extremidade de fenda permitiu verificar que os valores de fecho, obtidos numericamente, sobrestimam o efeito do contacto das faces da fenda. O fecho parcial da fenda implica a correção de Keff, tendo-se obtido melhores resultados com um modelo da literatura.

Fatigue failure is the most common cause of failure in operation equipment submitted to cyclic loading. The real spectra are usually complex, often containing overloads and underloads. The concept of crack closure allows us to explain the transient behavior of fatigue crack growth after an overload, underload or load block. This thesis studies the effect of overloads and underloads on Plasticity Induced Crack Closure (PICC), in a systematic way. This study was done using a finite element program, DD3IMP, where different load conditions were varied to obtain several results like (σopen/σmax)-∆a curves or crack tip profiles after an overload/underload. It has been verified that the application of an overload causes blunting of crack tip that eliminates the contact behind the application point of overload. The crack propagation up to the peak and the propagation required for stabilization depend on ∆KOL. The crack opening level corresponding to the peak depends on ∆KOL2=KOL-Kmax,BL, the parameter which presented the greatest influence. The analysis of crack tip parameters allowed us to verify that crack closure values obtained numerically overestimate the effect of contact of the crack flanks. The partial crack closure implies a correction of ∆Keff and better results were obtained using a model described in the literature.