Materiais e Processos
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Dissertação Determinação numérica de limites de deformação e flexibilidades elásticas aplicáveis a geometrias C(T), SE(B) e SET(T)(2015) Moreira, F. C.Este trabalho apresenta o desenvolvimento de critérios objetivos para a garantia de validade da mecânica da fratura elasto-plástica monoparamétrica, utilizando o parâmetro integral J como descritor dos campos de tensões, deformações e deslocamentos à frente de um defeito do tipo trinca. Além disso, como objetivo secundário, apresenta soluções de flexibilidade elástica incluindo efeitos 3-D e entalhes laterais para uma ampla variedade de geometrias de corpos de prova de fratura visando aumentar o realismo na determinação de tamanhos instantâneos de trincas durante ensaios de tenacidade à fratura. A maior severidade das aplicações atuais (tensões, deformações, deslocamentos e ambiente agressivo), combinada à utilização de materiais de grande tenacidade e estruturas muitas vezes com baixa restrição à plasticidade, impacta fortemente na validade da mecânica da fratura para prever quantitativamente o comportamento mecânico e o fraturamento de tais estruturas usando dados de laboratório, o que motivou o estudo. O mais importante na vertente monoparamétrica da mecânica da fratura é garantir que os campos de tensões presentes no corpo de prova laboratorial sejam os mesmos existentes em uma estrutura real para cujo projeto as propriedades retiradas do corpo de prova serão utilizadas. Tem-se nesse momento o conceito de similitude, no qual um único parâmetro pode descrever o campo de tensões à frente de uma trinca em uma estrutura e em um corpo de prova. Para o estabelecimento de critérios objetivos para a existência de similitude, esse trabalho comparou os campos de tensões obtidos de estruturas de referência sob alta triaxialidade de tensões (MBL) com aqueles obtidos de corpos de provas de mecânica da fratura em escala de laboratório. A extensa matriz de análise, considerando simulações computacionais em estado plano de deformações, complementadas por análises 3-D, permitiu a determinação dos limites de deformação M para geometrias C(T), SE(B) e SE(T) de diversas configurações e para uma faixa de propriedades de material característica de aços estruturais aplicáveis a vasos de pressão e dutos, assim como também para determinação de soluções de flexibilidade elástica (C). Os resultados apresentados, em especial os limites de deformação M, demonstram a baixa restrição à plasticidade de corpos de prova com trincas rasas, principalmente para corpos de prova SE(B) e SE(T). Ainda, alguns comportamentos inesperados foram evidenciados, como no caso em que (para condições particulares de profundidade de trincas) corpos de prova mais finos apresentaram maior restrição a plasticidade do que amostras mais espessas. Sendo assim, o trabalho oferece uma base objetiva para que a similitude seja garantida nas avaliações de integridade estrutural baseadas na mecânica da fratura elastoplástica suportada pela integral J, seja com seus valores críticos (Jc) ou curvas J-R.Dissertação Estudo da influência da pré-deformação plástica na propagação de trincas por fadiga (da/dN vs. ?K) em aço ASTM A36(2014) Cavalcante, F. G.Materiais metálicos são comumente submetidos a processos de conformação plástica a frio objetivando a manufatura de componentes automobilísticos, ferroviários, petroquímicos entre outros. Uma vez em operação, grande parte destes equipamentos e componentes está sujeita à aplicação de milhares ou até milhões de ciclos repetitivos ou randômicos de esforços ao longo de sua vida útil. Assim, fenômenos envolvendo nucleação e propagação de trincas de fadiga (mecanismo mais frequente em falhas mecânicas em geral) são alvos constantes de estudo para o projeto seguro e estimativa de vida realista de estruturas. Neste contexto, este trabalho investiga o efeito de pré-deformações plásticas geradas por conformação a frio no crescimento de trincas por fadiga no aço ASTM A36. O estudo contemplou a pré-deformação do material original (fornecido na forma de chapas laminadas de 12,7 mm) seguida da realização de ensaios de propagação de trincas por fadiga (da/dN vs. ?K) empregando corpos de prova C(T), conforme recomendado pela norma ASTM E647-11 (2011). Os níveis de prédeformação de 4,3, 8,3 e 14,7, embasaram um estudo exploratório sobre o efeito nas taxas de propagação de trinca na região II (Lei de Paris) em relação ao material original. Toda a metodologia de pré-deformação, assim como os dispositivos necessários aos ensaios de propagação, foram desenvolvidos e implementados pelo autor para suporte ao trabalho. As investigações forneceram: i) a composição química e caracterização microestrutural do material; ii) as propriedades monotônicas para orientações variadas em relação ao sentido de laminação (0º, 45º e 90º); iii) os desejados níveis de pré-deformação quantificados a partir de análise de imagens fotográficas em alta resolução; iv) o efeito da pré-deformação plástica na propagação caracterizada por curvas da/dN vs. ?K. Os resultados evidenciaram sensível redução na taxa de propagação de defeitos por fadiga com o aumento da pré-deformação imposta, atingindo aproximadamente 30 % de redução para pré-deformações de 14,7 %.Dissertação Avaliação fenomenológico-experimental do efeito da triaxialidade de tensões pós-instabilidade na determinação das propriedades tensão-deformação por meio do ensaio de tração uniaxial(2012) Ganharul, Grace Kelly QuarteiroA utilização de códigos computacionais para a simulação numérica de fenômenos e processos mecânicos que envolvem deformações plásticas significativas tem sofrido expressiva expansão nos últimos anos. Entretanto, uma das maiores limitações para o aumento da precisão das análises é a fiel caracterização das propriedade mecânicas relacionando tensão e deformação verdadeiras dos materiais para grandes níveis de deformação plástica. Tais resultados são usualmente obtidos por meio de ensaios de tração unixial, porém a ocorrência da estricção dificulta a avaliação direta sob regimes de elevada plasticidade, já que um estado triaxial de tensões complexo é estabelecido. Assim, o presente estudo investiga as metodologias exixtentes para a avaliação experimental de curvas tensão por deformação verdadeiras incorporando as correções oriundas da presença de estricção em espécimes cilíndricos e isotrópicos. Ênfase é dada ao estudo das deduções e hipóteses das correções propostas por Bridgman (método clássico e mais difundido) e por outros pesquisadores que focaram na descrição da evolução geométrica do corpo-de-prova após a ocorrência de instabilidade plástica. A aplicação de tais teorias aos ensaios conduzidos ao longo do trabalho permitiu uma análise de sua aplicabilidade, assim como a proposição de novas técnicas laboratoriais e de tratamento fenomenológico da estricção. Neste cenário, as atividades e objetivos do presente estudo residem em: i) ensaiar materiais metálicos dúcteis ferrosos e não ferrosos para caracterizar experimentalmente a evolução geométrica e de cargas na estricção dos corpos-de-prova cilíndricos sob tração unixial; ii) aplicar e discutir criticamente as correções de Bridgman e de outros pesquisadores aos experimentos; iii) desenvolver uma técnica de análise de imagens de alta resolução que permita um incremento de precisão na aplicação dos métodos existentes; iv) explorar a evolução geométrica da estricção de espécimes cilíndricos motivando e dando suporte a futuras pesquisas na área. Como resultado, o trabalho contribui com um maior suporte à determinação de propriedades verdadeiras dos materiais de engenharia até a fratura. Os resultados demonstram que alguns dos métodos disponíveis na literatura apresentam expressivas limitações na correção dos efeitos de triaxialidade, especialmente para materiais que não os aços. O uso de análise de imagens em alta definição sincronizadas aos ensaios, por outro lado, forneceu grande precisão na descrição mecânico-experimental do fenômeno da instabilidade, viabilizando a aplicação adequada das correções disponíveis. Ainda, o acompanhamento da evolução geométrica dos espécimes pós-instabilidade permitiu conclusões de interesse a pesquisas futuras que podem facilitar ainda mais as práticas laboratoriais propostas