Análise da propagação de fendas por fadiga em materiais metálicos baseada no CTOD.

Abstract

O estudo da fadiga em componentes estruturais é bastante importante, sendo o modo de ruína mais frequente. Normalmente é estudado com base em curvas da/dN-K mas, sendo K um parâmetro elástico e a fadiga um fenómeno não linear elástico, pensa-se que não é a abordagem mais correta. O parâmetro aqui utilizado para estudar a fadiga é o CTOD, pois é um parâmetro que quantifica a deformação plástica na extremidade da fenda.Nesta dissertação procura-se estudar a propagação de fendas por fadiga no aço 18Ni300 obtido por Selective Laser Melting (SLM) e na liga de alumínio 2024-T351. Além disso, pretende-se fazer a um breve estudo do efeito de entalhes circulares na liga 7050-T6, através da análise do CTOD. Para tal, recorreu-se a um programa de simulação numérica de elementos finitos (DD3IMP). Foi realizada uma modelação cuidada das características elasto-plásticas dos materiais de modo a obter melhores resultados.Os resultados experimentais previamente obtidos no aço 18Ni300 SLM indicavam que era o mecanismo de deformação plástica que controlava a abertura de fenda. Contudo, a análise do CTOD mostrou que a fratura frágil também tem bastante influência, produzindo propagação intergranular. O tratamento térmico deste material diminui o da/dN, indicando que as tensões residuais têm um papel significativo na velocidade de propagação da fenda.A liga de alumínio 2024-T351 tem uma deformação plástica dentro dos valores obtidos para outras ligas de alumínio. A curva modelo da/dN-p obtida em deformação plana com cinco ciclos de carga foi utilizada para prever o efeito da alteração da razão de tensões.No que refere aos entalhes na liga de alumínio 7050-T6 observou-se maior fecho de fenda quanto menor for o raio do entalhe.

The study of the fatigue in structural components is quite important, being the more frequent mode of ruin. Normally it is studied based on da/dN-K curves, however, K is an elastic parameter and fatigue is a nonlinear elastic phenomenon, it is thought that this is not the most correct approach. The parameter used here to study fatigue is a parameter which contemplates the plastic deformation, the crack tip open displacement parameter, CTOD.In this dissertation the aim is to study the propagation of fatigue cracks in the 18Ni300 steel obtained by Selective Laser Melting (SLM) and in the aluminum alloy 2024-T351. In addition, it is intended to make a brief study of the effect of circular notches in the 7050-T6 alloy, through CTOD analysis. For this, a numerical program of finite elements (DD3IMP) was used. A careful modeling of the elasto-plastic characteristics of the materials was carried out in order to obtain better results.The experimental results previously obtained in the 18Ni300 SLM steel indicated that cyclic plastic deformation may be the controlling mechanism. However, the CTOD analysis showed that a brittle behaviour also has a great influence, producing intergranular propagation. The heat treatment of this material decreases the fracture crack growth, indicating that the residual stresses play a significant role in the crack propagation velocity.The 2024-T351 aluminum alloy has a plastic deformation within the values obtained for other aluminum alloys. The model curve da/dN-p obtained in plain strain with five load cycles between propagations was used to predict the effect of the stress ratio variation.Regarding the notches in the 7050-T6 aluminum alloy, larger crack closure were observed the smaller the radius of the notch.