[pt] O método EN baseia-se na quantificação do dano causado pela deformação decorrente do histórico de carregamento. O objetivo desse modelo consiste em estimar o número de ciclos para iniciar uma trinca por fadiga. Diferente do método SN o número de variáveis envolvidas nesse modelo é menor. Entretanto, requer um número maior de constantes, que nem sempre podem ser obtidas experimentalmente. Esse fato levou a formulação de diversos modelos que se propõem a estimar as constantes de Coffin-Manson, que na maioria dos casos levam a previsões de vida não conservativas, como visto em outros trabalhos. Contudo a maioria dos casos existentes na literatura não abordam o efeito de regiões de concentração de tensão e a influência de carregamentos com amplitudes variáveis. A metodologia usada nessas pesquisas consiste em avaliar a influência desses aspectos através da comparação entre a vida em fadiga experimental e a estimada segundo as constantes de Coffin-Manson medidas e estimadas segundo diferentes modelos. Esse estudo avalia o dano à fadiga segundo 2 tipos de concentradores de tensão e quatro históricos de carregamentos de amplitude variável. Considerando os modelos de Manson, Muralindhran-Manson, Bäumel-Seeger and Meggiolaro-Castro os resultados mostram que a vida em fadiga prevista usando os parâmetros de Coffin Manson obtidos segundo o método de Meggiolado-Castro e por Baumel-Segger são os que mais se aproximam das vidas estimadas baseada nas constantes experimentais. Nos demais casos nota-se que a regra de concentração de tensão exerce uma maior influência no resultado e levam a vidas à fadiga não conservativas. / [en] The strain-life designed is based on the damaged caused by the strain as a result of a loading history. The purpose of this approach is estimating the number of cycles to initiate a fatigue crack. Compared with the stress life method the EN needs a lower number of variables. However, it needs a large number of parameters that are not directly measurable properties of a material and conduct the necessary number of tests to obtain them is not always an option. This fact leads to the formulation of different models to estimate Coffin- Manson s constants, which in most of the cases can result in a non-conservative fatigue life prediction, as seen in several papers. However, in these studies, it is not considered a specimen with a stress concentration factor neither under a variable amplitude loading history. The methodology used in this research is evaluating the influence of these aspects by comparing the fatigue life experimental with the estimated by using the Coffin Manson s experimental constants and the fatigue life calculated with different models to estimate the Coffin-Manson s parameters. This study evaluated the fatigue damage based on four load histories and two types of samples with different stress risers. Considering the models of Manson, Muralidharan-Manson, Bäumel-Seeger, and Meggiolaro-Castro the results indicated that the fatigue life predicted using the Coffin Manson s parameter obtained by Meggiolaro-Castro and Baumel-Segger s model are more similar to the life calculated with the experimental constants. The other models are more influenced by the stress concentration s rule and can lead to not conservative fatigue life.

[pt] Componentes estruturais de usinas térmicas para geração de energia sofrem transientes térmicos durante a operação da planta devido a partidas e paradas, variações de potência requerida e ocorrências causadas por anomalias. Estes transientes térmicos geram distribuições de temperaturas não uniformes ao longo da espessura dos componentes e, consequentemente, geram tensões térmicas. As variações destas tensões ao longo do tempo podem causar fadiga nos pontos mais solicitados destes componentes. A análise de fadiga para um ponto crítico do componente fornece o dano acumulado por meio do fator acumulado de dano ou CUF. O cálculo do CUF é feito baseado no conhecimento das histórias de tensões e deformações que ocorrem nos pontos críticos, no uso de modelos de geração de dano ciclo a ciclo e no uso de algoritmos para contagem de ciclos. Esta dissertação apresenta e discute modelos de dano a fadiga e suas associações aos modelos de contagem de ciclos existentes que são possíveis de serem aplicadas a componentes de usinas térmicas. Uma seleção de combinações entre modelos de dano e métodos de contagem foram utilizadas em dois exemplos nomeados estudos de caso. / [en] Structural components of power plants are subjected to thermal transients during their operational life. These thermal transients generate unequal temperature distributions across the components wall thickness, causing severe thermal stresses. The repetition of the thermal transients and, consequently, repetition of stress and strain variations are responsible for fatigue damage of the structural components. In such cases, fatigue damage is assessed by calculating the cumulative usage factor or CUF. CUF calculations are based on the stresses and strains histories, on experimental fatigue curves and fatigue damage models, and on algorithms used to determine the number of cycles a given stress or strain range occurs during the life period considered. This thesis presents and discusses fatigue damage models and their association with existing cycle counting models that are applicable to power plant components. A selection of combinations of damage and cycle-counting models was used in two case study examples.

[pt] A falha mecânica conhecida como fadiga é caracterizada pela iniciação e/ou propagação de trincas, causada por forças variáveis. Suas metodologias tradicionais calculam uma tensão elástica uniaxial equivalente que atua no componente, a fim de compará-la com os dados experimentais de comportamento mecânico do material do componente sob cargas uniaxiais. Esta hipótese pode levar a resultados não conservativos, por considerar que o material é igualmente sensível a tensões normais e cisalhantes, o que é falso em várias aplicações práticas. Portanto, dados torcionais e multiaxiais são necessários para melhor prever a vida em fadiga dos componentes. Para executar estes experimentos, o presente trabalho propõe uma variedade de projetos de componentes e metodologias de montagem para que se possa usar em uma máquina de tração-torção Instron 8874 uma garra hidráulica originalmente projetada para uma máquina tração pura Instron 8501. É proposto um método simplificado para estimar, por controle de deslocamento, as propriedades de fadiga de baixo ciclo em cisalhamento (gama)N, evitando assim a necessidade de usar equipamentos caros e diferentes tipos de corpos de prova. Este método é usado para caracterização das ligas Aço SAE 1020 e Alumínio 6351-T6 e os dados levantados são comparados com as propriedades medidas de fadiga de baixo ciclo em tração (epsilon)N, identificando assim se o material é mais sensível a tensões normais ou cisalhantes. Um programa numérico é usado para ajustar as curvas (epsilon)N e (gama)N nos dados experimentais, e seus procedimentos de implementação são discutidos. Por fim, são propostos e calibrados modelos de fadiga multiaxial de plano crítico mais adequados para cada material testado, com base nos dados medidos. / [en] The mechanical failure known as fatigue is characterized by the formation and/or propagation of cracks caused by variable forces. Its traditional methodologies normally calculate an equivalent uniaxial tensile stress acting on the component, in order to compare it with the known experimental mechanical behavior data of the component s material measured under uniaxial loads. This assumption can lead to non-conservative results because it considers the material to be equally sensitive to shear and tensile stresses, which is not true in a wide range of practical applications. Therefore, torsional and multiaxial experimental data is necessary to better predict the fatigue life of components. To execute those experiments, the present work proposes a variety of component designs and assembly methodologies to use on an Instron 8874 axial-torsional testing machine a hydraulic grip originally designed for an Instron 8501 uniaxial testing machine. Furthermore, a simplified method to estimate shear (gamma)N low-cycle fatigue properties via displacement-controlled experiments is proposed to avoid the need of using expensive equipment and different specimen designs, and used for characterization of SAE 1020 Steel and 6351-T6 Aluminum alloys. This data is compared with the measured tensile (epsilon)N low-cycle fatigue properties to identify if these materials are tensile or shear sensitive under multiaxial loading conditions. A numerical computing code is used to fit (epsilon)N and (gamma)N curves to the experimental data, and its implementation procedures are discussed. Finally, the most suitable critical-plane multiaxial fatigue models are proposed and calibrated for each material tested, based on the measured data.