Efeito das propriedades elasto-plásticas na propagação de fendas por fadiga

Abstract

A fadiga é o modo de falha prematura mais severo e comum em componentes mecânicos durante o tempo de serviço. No âmbito da análise de propagação de fendas, é utilizada, recorrentemente, a relação entre a velocidade de propagação de fendas por fadiga e a gama do fator de intensidade de tensões (da⁄dN‒∆K), apesar das limitações reconhecidas no parâmetro ∆K. O comportamento elastoplástico do material é determinante para da⁄dN, porém não tem sido possível desenvolver estudos paramétricos experimentais ou numéricos. Por outro lado, a utilização do CTOD (deslocamento de abertura de extremidade de fenda) plástico, em substituição de ∆K, permite fazer previsões de da⁄dN e assim desenvolver estudos paramétricos centrados nas constantes do material.Na presente dissertação pretendem-se realizar vários estudos de sensibilidade, nomeadamente, estudar o efeito dos parâmetros do material no ratcheting strain cíclico (δε), na gama de deformação plástica cíclica (∆ε_p) e na gama plástica de CTOD (∆CTOD_p). Além disso, pretende-se verificar se existe correlação entre ∆ε_p e δε em provetes não fissurados, e se é possível transpor diretamente as tendências observadas em provetes não fissurados para provetes com fenda. Finalmente, pretende-se estudar a variação de ∆CTOD_p em função de dos vários parâmetros e o efeito dos parâmetros no fenómeno de fecho de fenda.Constatou-se que, para materiais com encruamento cinemático puro, a tensão limite de elasticidade (Y_0) é, em todos os estudos realizados, o parâmetro mais significativo. Para materiais com encruamento isotrópico + cinemático (misto), o parâmetro mais relevante é a tensão de saturação isotrópica (Y_SAT). Existe uma evidente diferença de sensibilidade entre parâmetros, para cada estudo feito. Nalguns casos, a ordem de parâmetros mais significativos, entre estudos diferentes, é a mesma.

Fatigue is the most severe and common type of premature failure in mechanical components at service. For this reason, its study has been developed with great seriousness. In the analysis of crack propagation, the relationship between the fatigue crack propagation velocity and the stress intensity factor range (da⁄dN‒∆K) is recurrently used, despite its known limitations. The elastoplastic behavior of materials is crucial for da⁄dN, yet it hasn’t been possible to develop experimental or numerical parametric studies. On the other hand, using the plastic component of CTOD (Crack Tip Opening Displacement), instead of ∆K, allows making previsions on da⁄dN and making parametric studies about material’s parameters.The main objective of this thesis is to carry out sensitivity studies, namely: to study the effect of the material’s parameters on the cyclic ratcheting strain (δε), on the cyclic plastic deformation range (∆ε_p) and on the plastic range of CTOD (∆CTOD_p). Also, it is intended to verify if there is a correlation between ∆ε_p and δε on non‒fissured materials and if the results of fissured and non-fissured materials are similar. At last, it is intended to study the trend of ∆CTOD_p as a function of the material’s parameters and their effect on crack closure phenomenon.It was found that, for materials with pure cinematic hardening, the most significant parameter is the yield stress (Y_0). For materials with isotropic + kinematic hardening, the most relevant parameter is the isotropic saturation stress (Y_SAT). There is a clear difference of sensitivity between parameters, for each study. In some cases, the most important parameters are the same for different studies.