Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10316/92190
Title: Propagação de fendas de fadiga em provetes entalhados
Other Titles: Fatigue crack growth in notched specimens
Authors: Caldas, Manuel Luis Gonçalves
Orientador: Borges, Micael Frias
Branco, Ricardo Nuno Madeira Soares
Keywords: CTOD; Entalhe; Propagação de fenda por fadiga; Raio de entalhe; Fecho de fenda; CTOD; Notch; Fatigue crack growth; Notch radius; Crack closure
Issue Date: 13-Nov-2020
Serial title, monograph or event: Propagação de fendas de fadiga em provetes entalhados
Place of publication or event: Departamento de Engenharia Mecânica
Abstract: No dia-a-dia, muitos dos componentes mecânicos são sujeitos a cargas cíclicas que promovem a sua falha por fadiga, sendo necessário efetuar estudos que ajudem a prever com alguma precisão o seu comportamento ao longo do tempo. Geralmente é efetuado o estudo da propagação de fenda por fadiga (PFF) através de curvas da/dN-∆K.No entanto, a PFF é um fenómeno não linear e irreversível onde ocorre deformação plástica na extremidade da fenda, enquanto ∆K é um parâmetro linear elástico o que leva a algumas limitações. Outros parâmetros não lineares procuram corrigir essas limitações e quantificar a deformação plástica, que é suposta controlar a PFF, como é o caso do CTOD, Deslocamento de Abertura de Extremidade de Fenda. Nesta dissertação efetuou-se um estudo numérico da PFF, em provetes fissurados, com comprimento inicial de fenda constante, tendo por base a gama de CTOD plástica, δp, com recurso ao programa de elementos finitos DD3IMP A identificação dos principais mecanismos foi feita considerando provetes com entalhe e sem entalhe, e com e sem contacto nas faces da fenda, para avaliar a importância do fenómeno de fecho de fenda na PFF. Diferentes parâmetros foram estudados, tal como, o raio do entalhe (1, 2, 4 e 8 mm), comprimento da fenda, estado de tensão e material (ligas de alumínio 6082-T6 e 7050-T6). Para a liga de alumínio 7050-T6 foi também estudado o comportamento do material, através de modelos com comportamento isotrópico e cinemático puros. Foi observado para provetes com fenda sem entalhe um aumento linear de δp com a propagação de fenda. A introdução do contacto na face das fendas produz um efeito mais significativo em δp para o estado plano de tensão. Os entalhes aumentaram o nível de deformação plástica na extremidade da fenda, sendo o efeito do entalhe maior para valores menores do raio do entalhe. A introdução de contacto em provetes com entalhe atenua o efeito dos raios do entalhe e a zona afetada por estes.Por fim, foi efetuado também um estudo relativamente à validade do regime de Deformação em Pequena Escala (SSY – Small Scale Yielding), nos casos estudados anteriormente. Constatou-se que a hipótese SSY, muitas vezes assumida à partida em estudos sobre a PFF, nem sempre é válida. O aumento do comprimento da fenda e a diminuição da tensão de cedência do material promove o regime LSY, enquanto a introdução do entalhe, principalmente para valores de r maiores, promove a aplicabilidade do regime SSY, e como tal, a validade de ∆K.
On daily basis many of the mechanical components are submitted cyclic loads that promote their fatigue failure, being necessary to promote studies that help to predict their behavior with some precision over time. Usually the study of fatigue crack growth (FCG) is done through da/dN-ΔK curves.However, FCG is a non-linear and irreversible phenomenon, where occurs plastic deformation at the crack tip, while ΔK is a linear elastic parameter leading to some limitations. Other nonlinear parameters try to correct those limitations and quantify the plastic deformation, such as the CTOD, Crack Tip Opening Displacement. This parameter allows to quantify the plastic deformation, δp, as the elastic deformation, δe, at the end of crack tip.In this thesis, an FCG numerical study, in cracked specimens, with constant initial crack size, was carried out based on the plastic CTOD range, δp, using the finite element code DD3IMP. The main mechanisms identification was made considering notched and unnotched specimens, and specimens with and without contact at the crack flanks, to evaluate the importance of crack closure phenomenon on FCG. Different parameters were studied, such as, the notch radius (1, 2, 4 and 8 mm), crack length, state of stress and material (aluminum alloys 6082-T6 and 7050-T6). For the AA7050-T6, was also studied the material behavior, through models with pure kinematic and isotropic behaviors. It was found for unnotched-cracked specimens a linear increase of δp with crack propagation. The insertion of contact produced a more pronounced effect on δp under plane stress conditions. The notches increased the plastic deformation level at the crack tip, being the notch effect greater for minor notch radius. The introduction of contact in notched specimens attenuates the effect of notch radius and reduces the notch affected zone.Finally, a study was also carried out, for the previously studied cases, regarding the validity of the Small Scale Yielding (SSY) regime. It was found that the SSY assumption, which is assumed in most of FCG studies, it is not always valid. The increasing of crack length and the reduction of the yield stress of the material promotes the non-applicability of the SSY regime. However, the insertion of a notch, mainly for higher values of r promotes de SSY regime, validating ΔK.
Description: Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia
URI: http://hdl.handle.net/10316/92190
Rights: openAccess
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