Deteção da propagação de fendas

Abstract

The main objective of this work is the development of sensors capable of detecting the presence of cracks in aluminium alloy specimens, thus making a significant contribution to future self-healing mechanisms in metallic materials.Superelastic nitinol wires were used as sensors which, after characterization in order to confirm the crystalline structure, were tensile tested to obtain the value of the stress required to induce the martensitic transformation. To introduce the NiTi wires with a diameter of 0.70 mm into the aluminium alloy specimens, holes of 0.65 mm were made and then the specimen was heated to promote its expansion and the wire was cooled so that it compressed, facilitating the entry of the wire into the hole. As this procedure proved difficult and insufficient, it was decided to introduce the wires into 0.70 mm holes and fix them to the aluminium alloy with glue. To evaluate their efficiency as crack sensors, NiTi wires, insulated electrically through the deposition of a polymeric coating, were introduced into a specially designed fatigue test specimen. During the crack propagation fatigue test, using the parameters determined by numerical simulation, the voltage was monitored.During the development of the crack sensor, two critical points were identified: (i) introduction of the wire into the metallic test specimens, and (ii) measurement of the electrical properties of the NiTi wire during the mechanical tests. However, it was possible to introduce the wires and carry out the tensile and fatigue tests, using the specimens designed in this dissertation. During the crack propagation test using a 4-point probe, the Al alloy and the NiTi wire remained cohesive. However, the fatigue specimens did not allow the crack to propagate towards the wire in order to detect its presence.

O trabalho aqui apresentado tem como principal objetivo o desenvolvimento de sensores capazes de detetar a presença de fissuras em provetes de ligas de alumínio, dando assim um contributo significativo para futuros mecanismos de autorreparação em materiais metálicos. Como sensores foram utilizados fios de nitinol superelásticos que, após caracterização de modo a confirmar a estrutura cristalina, foram solicitados à tração para se obter o valor da tensão de início da transformação martensítica. Para introduzir os fios NiTi com 0,70 mm de diâmetro nos provetes de ligas de alumínio foram efetuados furos de 0,65 mm e, de seguida, procedeu-se ao aquecimento dos provetes promovendo a sua dilatação e ao arrefecimento do fio para que este comprimisse, facilitando a entrada do fio no furo. Como este procedimento se revelou difícil e insuficiente optou-se por introduzir os fios em furos de 0,70 mm e fixá-los à liga de alumínio com cola cianoacrilato. Para avaliar a sua eficiência como sensores de fissuras, os fios NiTi, isolados eletricamente através de um revestimento polimérico, foram introduzidos num provete de fadiga especialmente desenhado para o efeito. Aquando da realização do ensaio de fadiga de propagação de fendas, utilizando os parâmetros determinados por simulação numérica, foi feita a monitorização da diferença de potencial. No desenvolvimento do sensor de fissuras foram identificados dois pontos críticos: i) introdução do fio nos provetes metálicos, e ii) medição das propriedades elétricas do fio de NiTi durante os ensaios mecânicos. Contudo, foi possível introduzir os fios e realizar os ensaios de tração e fadiga previstos, utilizando os provetes concebidos no âmbito desta dissertação. Durante o ensaio de propagação de fendas com utilização de uma sonda de 4 pontos, a liga de Al e o fio NiTi permaneceram solidários. No entanto, os provetes de fadiga adaptados não permitiram que a fenda ao propagar tomasse a direção do fio de modo a detetar a sua presença.