[pt] O presente trabalho da modelagem da fadiga plástica oligocíclica de barras também conhecida na literatura como fadiga de baixo ciclo. O modelo unidimensional proposto é desenvolvido a partir dos princípios básicos da Mecânica do Dano Contínuo. Seu principal objetivo é considerar a influencia de vários fenômenos complexos – como a história da deformação plástica, a viscosidade, o endurecimento e o amolecimento cíclico induzido pela deformação plástica acumulada – na vida da estrutura. As equações constitutivas, usadas ao longo do trabalho, formam um sistema de equações diferenciais ordinárias não-lineares e, para um conjunto de condições iniciais dado, a solução é aproximada usando-se um método preditor corretor de quarta ordem com passo variável. O modelo proposto é estudado através da análise da vida de uma barra de aço inoxidável 316L submetida a carregamentos de tensão não monotonicos à temperatura ambiente (20 graus Celsius). Para carregamentos de tensão cíclica com amplitude constante e tensão média nula, as vidas computadas encontram-se em muita boa concordância com aquelas obtidas pelo método E – N clássico. Uma das principais vantagens do modelo proposto é que pode ser facilmente estendido a um contexto tridimensional, o que só pode ser feito no método E – N mediante fortes hipóteses, restritivas. Espera-se assim, que no futuro, este modelo de dano contínuo possa ser usado como uma ferramenta simples e acurada no projeto de estruturas mecânicas, tornando-as mais baratas, seguras e confiáveis. / [en] The present work is concerned with the modeling of the low-cycle fatigue of elasto-viscoplastic bars. The proposed unidimensional model is developed in the framework of the Continuum Damage Mechanics and takes into account the influence of many complex pehnomena (such as the history of plastic deformation, the viscosity and the cyclic hardening induced by the cumulated plastic doformation) in the life of the structure. The resulting governing equations form a nonlinear system of ordinary differential equations and, for a given set of initial conditions, the solution is approximated by using a fourth order predictor-corrector finite difference schme with variable time steps. The proposed model is checked by analysing the life of a 316L stainless steel bar subjected to non monotonic loadings at room temperature (20 degress Celsius). For cyclic stress loadings with constant amplitude and zero men stress, the computed lifes are in very good agreement to those obtained by the classical E – N method. One of the main features of the proposed model is that it can be easily extended to a tridimensional context, what is not an easy task in the case of the classical methods. So, in the future, this continuum damage model may be used as an reasonably simple tool in the sesign of mechanical structures making them more safer and reliable.

[pt] As dificuldades para a instalação e proteção de Extensômetros de Resistência Elétrica (EREs) em ambientes inóspitos pelos processos normais de colagem, limitam bastante o uso. A utilização de extensômetros soldáveis (ESs) pode reduzir sensivelmente os problemas de instalação e proteção, oferecendo uma ampliação na faixa de utilização e abaixando seu custo. Os ESs são instalados nos componentes estruturais metálicos a partir de micro-pontos de soldas, gerados por instrumentos soldadores que trabalham através de descargas capacitivas. Estes micro-pontos geram dois efeitos. Um deles afeta a distribuição das macro tensões atuantes na região. O outro efeito está relacionado com a mudança na estrutura do material, nas suas propriedades mecânicas, e tem implicações na geometria da superfície. No presente trabalho, procurou-se estudar a influência da instalação de EREs soldáveis na resistência à fadiga de aços de baixo carbono, através da soldagem de pequenas chapas finas de aço inoxidável com espessura de 0,1 mm em espécimes de aço-carbono. Os espécimes utilizados foram retirados de chapas de aço estrutural, utilizados em plataformas marítimas (ASTM A-36 e o USIMINAS SAR-60). Os testes de fadiga feitos em uma máquina de flexão rotativa UBM e em um máquina INSTRON 8501 servo-hidráulica, em tração-tração, ambos em controle de carga. A partir dos resultados obtidos, das análises efetuadas e considerando espécimes com bases de medidas longas, ensaiados sob flexão rotativa e tração-tração, pôde-se concluir que estes micro-pontos de solda não influenciaram de maneira significativa a resistência à fadiga dos materiais testados. A ausência de influência destes micro-pontos na resistência à fadiga foi também detectada a partir de avaliações feitas nas regiões de fratura dos corpos de prova, onde a grande maioria aconteceu nas regiões próximas aos ombros dos espécimes. Isto pode ter acontecido devido a: defeitos de usinagem na região do ombro, formação de tensões residuais compreensivas ao redor dos micro-pontos de solda e fortalecimento da região dos micro-pontos pela transformação microestrutural de ferrita em ferrita com carboneto em estrutura acicular. / [en] Bonding and protecting electric resistance gauges (ERSG) through the normal bonding procedures, is a difficult exercise in aggressive atmosphere. The use of welded strain gages (WSG) may significantly reduce the installation and protection problems. This welding technique permits the installation of a larger number of strain gages within a given period, and reduces operating costs. The WSG are affixed to metallic structural components using a micro-spotting technique, generated by a capacitive discharge equipment. Two effects are observed as a consequence of the micro-spots. The first is related to the distribution of the macroscopic stresses acting in the vicinity of the spots. The second is related to the alteration of the material microstructure and changes in mechanical properties and the surface geometry. In the present work, the influence of the WSG bondage on the fatigue strength of low carbon steels is studied. The bondage was simulated by micro-welding small stainless steel strips, 0,1 mm thick, along the gage length of the low carbon fatigue test piece. The specimens were machined out of structural steel sheets, used on off-shore platforms (grades: ASTM A -36 and USIMINAS SAR-60). Fatigue testing was performed under load control. Two equipments were used: a rotational-bending UBM machine, and an INSTRON 8501 of servhydraulic control. The results show that, considering long-dimension specimens, tested under rotational-bending and axial repeated (tensile)loading, the micro-spots have no significant effect on the material fatigue strength. The insignificant effect of the micro-spots was also confirmed through observations of the fracture surface. Most of the cracks initiated near the end of the gage length. This result may be attributed to: localization of machining surface defects around the shoulder region, generation of compressive residual stresses in the vicinity of the micro-spots, and strengthening of the microstructure around the spots due to a localized transformation of ferrite to acicular ferrite with carbide.

[pt] A pesquisa foi motivada pelo fato de, em diversas Companhias Aéreas, ocorrer fratura nos parafusos que fixam os semi-cubos das rodas dos trens de pousos dos Boeing 747. A despeito da especificação de vida infinita preconizada pelo fabricante, a presente investigação, realizada com parafusos disponíveis no Centro de Manutenção (CEMAN) da VARIG, revelou fratura prematura, cuja causa é atribuída à inadequação do projeto. Com base nesta dissertação, foi realizado um estudo de fadiga dos parafusos e recomendações técnicas são apresentadas para evitar a fratura prematura. A sistemática do processo mecânico de manutenção dos parafusos pode contribuir positiva ou negativamente à vida destes. Portanto, complementando o estudo da fadiga dos parafusos, apresentam-se reflexões da prática da Qualidade Total como estratégia de otimização e racionalização do processo mecânico de manutenção dos parafusos, normalmente utilizados no CEMAN. / [en] This research was motivated by a problem: the fracture of the bolt connectors of the half-wheels of the landing gear of the 747 Boeing, a problem many airlines have to face and solve. In spite of the manufactor s claiming infinite life for the bolts, present study, held with the bolts avaliable at CEMAN (Centro de Manutenção da VARIG), detected premature fracture of the bolts, the cause of which seems to be due to the design of the bolts itself. A study of bolt fatigue was undertaken based on this evidence. Moreover, technical recommendations are presented so as to avoid early bolt failure. The way the mechanical bolt maintenance process is done can contribute to its life span either negatively or positively. Therefore, as a complement to the study of bolt fatigue, reflections on the Total Quality practice are presented. These reflections deal with the optimization and the racionalization strategy of the mechanical bolt maintenance process commonly used at CEMAN.

[pt] O presente trabalho se refere a uma anáise experimental da influência das pré cargas de flexão e torção combinadas, na resistência à fadiga dos aços quando submetido a uma flexão plana variável. Verificou-se que as pré cargas de flexão e troção combinadas tem pouca influência na resistência a fadiga para vidas (10)3 menor que N menor que 10 ciclos. Nesta faixa a maior influência foi de 13,97 por cento correspondendo a uma vida n mais (10)3 ciclos e uma pré carga uniaxial equivalente o m igual a 45,8 kgf/mm2, Todavia, para uma vida n maior que 5x10 ciclos não se verifiou nenhuma influência com pré cargas variando de 0 a 63,7 kgf/mm2. Por meio de testes de hipótese, com uma confiança Y igual a 90 por cento, constatou-se que não existe influência com pré cargas quando 17,4 menor que o mi menor que 63,7 kgf/mm2. Isto se deu para qualquer valor de N entre (10)3 e 10 ciclos. A teoria de falha adotada foi a teoria da máxima energia de distorção aplicada, separadamente, as componentes alternadas e médias. O corpo de prova utilizado tem um acabamento superficial de retificação fina, uma concentração de tensão a fadiga de 1,1 por cento (que foi considerada desprezível) e um diâmetro digual a 6 mais ou menos 0,5 mm na secção efetiva. O carregamento na região efetiva é de flexão pura tanto para a pré carga de flexão quanto para a componente alterada. Na análise estatística dos resultados utilizou-se a função de distribuição de Weibull, de grande aplicação no estudo de fadiga. A máquina utilizada faz parte deste trabalho e é de concepção original. / [en] This work consit in na experimental analysis about the influence of combined bending and torsion preloading in fatigue strength of steels, under variable plane bending. It has been shown that combined bending and torsion preloading has little influence in fatigue strength for lifes (10)3 less than N less than 10 cycles. In this range, the most significant influence is 13,97 per cent, corresponding to (10)3 cycles and an quivalent axial preloading 0 m 4 equal 45,8 kgf/ mm. However, for a life n more than 5x 10 cycles we have found no influence with preloading from zero zero to 63,7 kgf /mm. Using hypothesis testes, with 90 per cent confidence level, we have proved that there is no influence of preoloading when 17,4 less than mi less than 63,7 kgf / mm. This has been observed for any life N between (10)3 and 10 cycles. The maximum distortion energy theory was adopted as a flailure theory, applied to alternating and medium components separately. It was used a test specimen with fine ground surface finishing fatigue stress concentration factor 1,1 per cent (neglected) effective cross section in bending for preloading and for the alternating component. In the final statistical analysis it was the Weibull distribution fuction. The fatingue machine was specially designed in our laboratory to obtain the necessary data.

[pt] Neste trabalho é apresentada uma revisão completa do método em tradicional e corrigido implementado na linguagem Vida. Trata-se a parte experimental com esmero visando obter resultados experimentais de qualidade acima da qualidade obtida em ensaios convencionais. Com este intuito mediu-se a influência do momento fletor, ou seja, quão diferente de P/A (Força / Área) é a tensão atuante no corpo de prova. Para tal utilizou-se um corpo de prova especialmente projetado para esta função, instrumentado com oito strain-gages. O Clip-gage, instrumento determinante da qualidade dos resultados, foi calibrado com um dispositivo de calibração especialmente desenvolvido para esta tarefa, tendo como principal característica sua elevada rigidez. Estudou-se o efeito de concentração de tensões na redução de diâmetro do corpo de prova, indipensável para garantir que este rompa na área reduzida. Este efeito foi modelado considerando plasticididade atuante apenas na raiz do entalhe e também considerando a plasticidade total do corpo de prova. Por último fez-se a modelagem da flambagem elastoplástica, segundo o modelo de Engesser, dos laços de histerese de amplitude constante. Este é o fator determinante da menor vida possível de ser obtida antes que o corpo de prova flambe plasticamente. No processo de obtenção de resultados experimentais parte-se inicialmente de testes de tração monotônica, de onde são obtidas as propriedades mecânicas indispensáveis para as estimativas relativas ao método EN. Foram realizados, testes EN, com laços de histerese de amplitude de deformação constante, em várias amplitudes de deformação. A partir destes discute-se o processo de obtenção de n e K via estimativas pelo ajuste dos bicos dos laços de histerese, pelo teste de incremento de deformação e pelo ajuste das formas dos laços de histeresse. A otimização do ajuste de n e K é fundamental, pois são estas as constante que descrevem a trajetória gerada à partir de qualquer história de carregamento, seja esta história de amplitude constante ou complexa (de amplitude variável). A descrição de laços de histeresse complexos (de amplitude variável) é o objetivo maior desta tese. Foram realizados experimentos partindo-se de carregamentos complexos controlados em deformação e em tensão, nos quais foi comprovada a necessidade de ser aplicar o método em corrigido e as constantes n e K otimizadas para uma descrição precisa das trajetórias experimentalmente obtidas. Analisa-se então o efeito do transiente durante os teste em de amplitude de deformação constante, onde constata-se que há uma assimetria acentuada nos primeiros ciclos do carregamento, porém quando estabilizado o nível de tensão é simétrico. Isto acontece em aproximadamente 20 por cento do número de ciclos totall do ensaio. Tenta-se modelar o transiente de forma simples com um fator transiente (FT), porém constata-se a necessidade de modelar o transiente pela variação de n e K a cada ciclo. / [en] The main objective of this work was to experimentally study the cyclic elastoplastic behavior under complex leading of two structural steels, named API S-135 and AISI 4340. In order to minimize experimental errors, some problems were studied with unusual care. The influence of the residual bending moment on the EN tests was measured, using a special specimen instrumented with eight strain-gagers. The performance of the clip-gage was checked with a calibration in the test specimen was quantified. And the inelastic buckling of the tst specimen under hysteresis loops of constant amplitude was modeled, considering the effects of cyclic softening. The experimental results include EN tests under constant amplitude of deformation, to obtain the Coffin-Manson and the Ramberg-Osgood curves of the two steels. The softening transient was studied, and the best way to measure the cyclic strain hardening constant K and exponent N in order to optimize the description of the stable hysteresis loops was discussed. This optimization is fundamental for the correct modeling of the complex loops done in the ViDa 99 program. Finally, predicted and experimentally measured loops were successfully compared.

[pt] O presente trabalho tem como objetivo deduzir, implementar e validar um modelo para avaliar o valor médio e a variância do dano por fadiga em estruturas sujeitas a carregamentos aleatórios. Para isto, a técnica de aproximação da média e da variância através da expansão em série de Taylor foi aplicada ao conjunto de equações do método epsilon-N e à regra de acúmulo de dano de Palmgren-Miner. O modelo proposto permite avaliar o comportamento estatístico das gamas de tensão localizadas, das gamas de deformações localizadas e do dano propriamente dito. O modelo proposto possibilita a combinação dos fatores aleatórios associados à história de carregamento e ao comportamento mecânico do material. Isto permite avaliar a dispersão do dano sob um aspecto mais amplo, quantificando de forma independente as incertezas oriundas do comportamento aleatório do material e da história de carregamento. A fim de avaliar o modelo proposto, foram utilizadas 20 histórias de carregamento diferentes. Estas histórias foram combinadas à dois níveis distintos de dispersões das propriedades mecânicas do material. A comparação das estatísticas obtidas analiticamente com aquelas estimadas através da técnica de simulação de Monte Carlo demostraram a viabilidade da utilização do modelo proposto. Um estudo bastante completo foi realizado com relação à influência da história de carregamento sobre a dispersão do dano. Por este estudo verificou-se que a dispersão na previsão do dano provocado por trechos distintos de histórias são fortemente dependentes do tamanho da amostra. Para os casos estudados, verificou-se que trechos amostrados com menos de 3000 picos conduzem a dispersões superiores à 10 por cento , para histórias estritamente estacionárias, e superiores à 20 por cento, para histórias estacionárias num sentido amplo. Após estudar o comportamento estatístico do dano acumulado e de seu valor crítico para a iniciação de uma trinca de fadiga, foram utilizados dois modelos analíticos distintos para a previsão da confiabilidade de projetos à fadiga. Estes modelos foram desenvolvidos supondo a distribuição de Weibull e a lognormal. A validação destes modelos foi realizada comparando-se os resultados estimados analiticamente com seus correspondentes obtidos por simulação de Monte Carlo. A comparação das curvas de confiabilidade obtidas analiticamente com as curvas obtidas por simulação de Monte Carlo mostrou que o modelo baseado na distribuição lognormal é o mais indicado para a previsão da confiabilidade de projetos à fadiga. / [en] The present work is concerned with the development and the validation of a model to evaluate the average and the variance of the fatigue damage in structures subjected to random loading. The technique of the approximation of these statistics through of the expansion into Taylor series was applied to the set of equations that describe the epsilon-N method and the Palmgren-Miner rule. The proposed model allows the evaluation of the statistical behavior of the notch stress ranges, of the notch strain ranges and of the cumulative fatigue damage. The developed model allows the combination of random factors associated to loading histories and to the behavior of the material. In other words, the model estimates the dispersion of the fatigue damage under an extensive aspect, quatifying separately the contributions derives from the dispersion associated to sources of variation of the material behavior and the loading histories. In order to evaluate the proposed model, 20 random loading histories were combined to two levels of dispersion of the material properties. The combination allowed the study of the model under several situations. The performance of the model was evaluated by comparisons with the Monte Carlo technique. The agreement of the proposed model with the Monte Carlo technique was considered good. An extensive study was realized concerning the influence of the random loading on the dispersion of the damage prediction. It was observed that the dispersion is strongly associated to sample s size. From the cases studied it was observed that sample s blocks with less than 3000 peak might conduct to dispersions larger than 10 per cent, for strictly stationary processes, and larger than 20 per cent, for wide-sense stationary processes. After studying the statistical behavior of the cumulative fatigue damage and of its critical value to initiate a fatigue crack, two analytical model for fatigue reliability analysis were presented. These models are developed under the assumption that cumulative fatigue damage and its critical value follow a lognormal or a Weibull distribution. To verify the predicted results the Monte Carlo analysis was used. From this analysis it was verified tha the interference statistical model, based on a lognormal distribution, describes better the behavior of the fatigue s reliability.

[pt] Dando continuidade ao trabalho desenvolvido por [1] para a determinação do dano devido à fadiga em estruturas sujeitas à carregamentos estocásticos, este trabalho procura desenvolver o mesmo método, acoplando-o a uma rotina de FFT, para a determinação do espectro de potências, e ao método epsilon x N, associado à regra de acúmulo linear de dano de Palmgren-Miner, para a determinação do tempo de vida deste tipo de estrutura mecânica. Dois pacotes computacionais foram desenvolvidos para a aplicação deste método. O primeiro foi desenvolvido para a realização de três tarefas básicas? Coleta de Dados: Através da simulação de um gravador, que por interfaceamento com uma placa analógica-digital, permite a utilização de computadores para a aquisição de sinais dinâmicos. Análise de Sinais: Visando a determinação das propriedades estatísticas e/ou espectrais dos históricos de carregamento. Simulação de Histórias de Carregamento: Utilizando a teoria desenvolvida por Rice e Shinozuka [2]. No segundo pacote estão presentes todas as rotinas necessárias para a estimativa do tempo de vida de fadiga segundo o método epsilon x N, ou seja: contagem de picos e vales, contagem Rain-flow, determinação do incremento de dano e acumulação do dano de fadiga considerando a regra de Miner. Os processos computacionais foram testados utilizando-se históricos típicos propostos em trabalhos correlatos, sendo seus resultados comparados com os respectivos resultados experimentiais. Por fim, procurou-se estudar a influência da resolução espectral e do número de iteração sobre o comportamento das histórias simuladas quanto a sua capacidade de reproduzir o nível de dano observado nas respectivas histórias reais, com a intenção de encontrar parâmetros ótimos que permitam uma estimativa não tendenciosa do dano de fadiga. / [en] Extending Yang s [1] studies of fatigue damage determination in structures under stochastic loading, this study was developed using the same philosophy, besides incorporate a FFT routine to the power spectral determination, the Coffin-Manson method and Miner s rule, to structure damage determination. Two software were developed to apply this method. The first one realizes three basics functions: Data Acquisition: Recording real loading processes Analysis: Determination the statistical and spectral properties of the loading processes Random loading Process Simulation: Using Gaussian simulation method. The second software contain the routines necessary to life estimation using the Coffin-Manson method: peak and valley counting, rain-flow rule, damage and cumulative damage calculation. A computational processes were applied on loading processes found on correlated studies, and the numerical results were compared with their experimental one. At last, it was objected to studying the influence os spectral resolution and the number of iteration on life prediction, to find the best parameters to a good simulation.

[pt] A falha por fadiga nas estruturas e um problema muito comum que é caracterizado pela geração ou propagação paulatina de uma ou varias trincas e causada pela aplicação cíclica de cargas variáveis. A propagação das trincas bidimensionais tem sido estudada através de diferentes métodos numéricos que ajudam a descrever aproximadamente o valor do fator de intensidade de tensões ao longo da frente da trinca que é o parâmetro que controla a propagação. Porém, existem algumas expressões analíticas para trincas bidimensionais fornecidas na literatura que ajudam a descrever os fatores de intensidade de tensão e . Estas equações estão limitadas a diversos fatores de forma que relacionam as características geométricas da peça, espessura, largura e o tipo de entalhe já que as trincas bidimensionais mudam de aspecto a cada ciclo de carga. Contudo o processo de transição não tem sido acompanhado por estudos experimentais nem analíticos. Em especial, esta situação ocorre devido a que a transição acontece em poucos ciclos o que dificulta a sua medição. Esta pesquisa tem como objetivo geral estudar o processo de transição das trincas bidimensionais para unidimensionais com a utilização de um material transparente e com boas propriedades mecânicas como e o policarbonato. Experimentalmente, as trincas de fadiga bidimensionais se propagam em corpos de prova retangulares com defeito quarto - elíptico e são controladas sob condições de variável e baixa freqüência. Para calcular a vida total de uma trinca por fadiga, é preciso também modelar a transição. Foram tomados valores de comprimento experimentais a, c e c’ no processo de transição que nos permitem avaliar as taxas , e calculados os fatores de intensidade de tensão que controlam a transição. Os valores experimentais são também usados como dados de entrada num programa de análise numérica de propagação de trincas, o FRANC3D, o qual nos permite calcular os fatores de intensidade de tensão ao longo da frente da trinca quarto - elíptica. / [en] The fatigue failure of structures is a common problem that is characterized by the generation and propagation of one or several cracks caused by the cyclic application of variable loads. A crack is considered one-dimensional when the trajectory can be represented by a curve, as in the case where a surface crack pierces the entire thickness of a piece. If the crack penetrates partially in the specimen, it is considered to be two dimensional. Mathematical and physical models for simulating one-dimensional crack propagation by fatigue are widely known, and the main parameter that controls crack propagation is the stress intensity factor. However, the simulation of two-dimensional crack propagation has not yet reached the same state of development. There are some empirical expressions for two-dimensional cracks provided in the literature that help describe the stress intensity factors. These equations are limited to various form factors that relate the stress intensity to the geometrical characteristics of the piece. Also there are numerical methods that help describe some of the values of stress intensity factor along the crack front of a two-dimensional crack. An important question in calculating the total life of fatigue crack is describing the transition from a crack partially penetrating (two dimensional) for a one-dimensional (passing crack), because to calculate the total life of a fatigue crack is also necessary to model the transition. However, this process of transition has not for many geometries been described by analytical or experimental studies. One reason for this is that the transition often happens in a few cycles of load application, which complicates measurements. This research was aimed at investigating the process of transition from the two-dimensional crack to a one-dimensional crack with the use of polycarbonate a transparent material with good mechanical properties, polycarbonate. Experiments were conducted involving crack propagation in plates with a rectangular cross section. In each experiment, a crack was induced as a defect with a quarter-elliptical shape in one corner of the specimen. The propagation affected by the application of a low-frequency cyclic loading. Values of characteristic lengths of the two-dimensional shape of the crack (a, c and c ) were measured during the transition process, which allowed us to evaluate the rates of change of these parameters with the number of cycles N applied load and to evaluate the normalized stress intensity factors that control the transition. The experimental values are also used as input to a program for numerical analysis of crack propagation, the FRANC3D, which allows us to calculate the stress intensity factors along the front quarter-elliptical crack.

[pt] Tubos de aço de grande diâmetro, baixa espessura e alta resistência mecânica, possuem tendência à formação de rugas no lado compressivo do curvamento (intrados) ao serem curvados a frio. A presente dissertação descreve os principais códigos de projeto nacionais e internacionais, quanto à presença de rugas provenientes desse tipo de curvamento em dutos, e propõe um ângulo para o qual há a formação do enrugamento. Os códigos internacionais mostram-se conservadores quanto à presença de rugas nos tubos curvados, uma vez que o enrugamento é uma mudança geométrica que, a princípio, gera concentração de tensões e susceptibilidade à ocorrência de falhas por fadiga. Esta dissertação faz uso do método de elementos finitos para modelar a formação do enrugamento e determinar fatores de concentração de tensões, nestas regiões, para carregamentos de pressão interna. Os fatores encontrados são comparados com resultados encontrados na literatura e utilizados no cálculo contra a fadiga por meio de diferentes métodos: Markl, inclinações universais de Manson e ASME seção VIII divisão 2. Neste estudo foram utilizados tubos de aço estrutural API X70 com razão diâmetro espessura (D/t) variando de 20 a 100, modelados por meio do software Abaqus(r). Foram obtidas curvas com ângulo de 4°/diâmetro e enrugamentos severos, com razão entre a altura da ruga e o diâmetro do tubo (d/D) da ordem de 6,5% e fator de concentração de tensão chegando a 1,89. Os modelos de tubo enrugado não apresentaram falha na resistência mecânica à pressão interna aplicada, quando esta é suficiente para obtenção de tensão circunferencial nominal equivalente a 100% do limite de escoamento do material. Os resultados de vida em fadiga para os diferentes métodos aplicados variam de acordo com o método utilizado, mas todos apresentam redução na vida do tubo com presença de enrugamento severo. O estudo propõe que se utilize para o cálculo da vida em fadiga um procedimento conservador que associa o fator de concentração de tensão determinado por Rosenfeld com o método de cálculo contra a fadiga recomendado pelo código ASME VIII. O estudo sugere ainda, que sejam realizadas novas análises de forma a considerar o efeito Bauschinger e a instabilidade à flexão do modelo não avaliados no presente trabalho. / [en] Large diameter, thin walled, high mechanical resistance steel pipe has a tendency to wrinkle on the compressive side (the intrados) of the bend when it is cold bent. This dissertation describes the principal national and international design codes that apply to wrinkling resulting from pipe cold bending, and it proposes an angle at which such wrinkling occurs. The international codes prove to be conservative regarding wrinkling in bent pipe, since a wrinkle is a geometric change, which at first causes a stress concentration and susceptibility to fatigue failure. The dissertation uses the finite element method to model the formation of wrinkling and to determine stress concentration factors in these areas for internal pressure loading. The resulting factors are compared with the results found in the literature and are utilized in calculating fatigue life by means of the following methods: Mark1, Mansons universal inclinations and ASME Section VIII Division 2. In this study API X70 structural pipe with a diameter thickness (D/t) ratio varying from 20 to 100 was utilized, and modeled using Abaqus(r) software. Bends with an angle of 4°/diameter and severe wrinkling resulted, with a ratio between the peak of the wrinkle and the diameter of the pipe (d/D) of about 6.5% and a stress concentration factor nearing 1.89. The wrinkled pipe models did not reveal any lack of mechanical resistance to the applied internal pressure when it is sufficient for obtaining a nominal circumferential stress equivalent to 100% of the yielding limit of the material. The fatigue life results for the different methods varied according to the method that was utilized, but all displayed a reduction in pipe life if there was severe wrinkling. The study proposes a conservative procedure to be utilized for calculating fatigue life. This procedure associates the stress concentration factor determined by Rosenfeld with the method for calculating fatigue recommended by the ASME VIII code. Furthermore, the study suggests that new analyses may be performed in order to consider the Bauschinger effect and the model bend instability, which the study did not evaluated.

[pt] O presente trabalho analisa o impacto de uma mossa simples transversal na integridade estrutural de espécimes tubulares de paredes finas com dimensões e características semelhantes aos dutos usados para transporte de óleo e gás. O estudo da mossa simples envolveu as etapas de criação, recuperação elástica e avaliação da sua resistência estática e cíclica. A abordagem do problema fundamentou-se na análise de dados experimentais e na modelagem numérica por elementos finitos. Na análise por elementos finitos foram consideradas: não linearidade por contato, plasticidade, grandes deslocamentos e grandes deformações. Adicionalmente, foram feitas comparações entre os resultados e os procedimentos usados na indústria, de modo a avaliar criticamente eventuais diferenças e semelhanças entre estes. Como resultado, a avaliação da ruptura estática permitiu verificar a pouca influência de mossas, com a geometria estudada, na resistência à ruptura. Entretanto, os códigos de projeto estudados não aceitam mossas com profundidades e deformações menores que as estudadas. A avaliação de resistência cíclica permitiu verificar a influência deste tipo de dano na vida à fadiga. No final foi elaborada uma rotina simples, baseada em fundamentos teóricos, que permite quantificar a vida à fadiga de mossas, com características similares, a partir do seu fator de concentração de tensão. / [en] This work analyzes the impact of transverse plain dents in the structural integrity of thin-thickness pipe specimens with similar dimensions and properties than typical pipelines. The dent analyzes included the following topics: creation, burst and fatigue evaluation and elastic recuperation. The problem was based in the study of experimental data and numerical modeling by finite elements. The numerical modeling considered: non linearity by contact, plasticity, large displacement and large strain. Finally, comparisons were made between the results and the typical industry procedures, in order to identify eventual differences and similarities. The burst evaluation indicated the low influence of the studied plain dents in the burst resistance. Otherwise, the project standards do not accept dents with the depth and strain levels like those studied. The cyclic analyze verified the influence of this type of damage in the fatigue life. At the end of this study, a simple procedure was developed based in theoric fundamentals to quantify the fatigue life of plain dents, with similar characteristics studied above, using their intensity stress factor.