[pt] A termografia infravermelha tem sido usada como uma técnica de avaliação não destrutiva para detectar falhas nos componentes estruturais, desempenhando um papel importante nos programas de inspeção de fabricação, inspeção em serviço e manutenção. Um programa de investigação foi lançado com o objetivo de apresentar combinações de métodos analíticos, experimentais e numéricos para prever e monitorar o início da fadiga e a progressão dos danos à fadiga em equipamentos como vasos de pressão, tanques, tubulações e dutos com mossas ou anomalias complexas. O monitoramento do início e propagação da fadiga nas amostras reais utilizou técnicas de inspeção por infravermelho não destrutivo. Análise termoelástica de tensão (TSA), correlação tridimensional de imagem digital (3D-DIC) e strain gages de fibra óptica Bragg (FBSG) foram utilizados para determinar deformações em locais de fadiga em pontos críticos. Os campos de deformação determinados a partir das medições experimentais e do método de elementos finitos (MEF) foram combinados com a equação de vida-de-fadiga de Coffin-Manson e a regra de dano por fadiga de Miner para prever a vida de fadiga (N). Os resultados das amostras tubulares testadas de 3 m de comprimento contendo mossas de formato complexo foram relatados e analisados completamente. Este trabalho confirmou que os métodos infravermelhos de avaliação rápida de fadiga são ferramentas práticas e eficientes que podem fornecer resultados confiáveis, não destrutivos e rápidos acerca do comportamento à fadiga dos materiais. Uma boa concordância entre as estimativas de vida em fadiga e a vida real de mossas com geometria complexas em dutos só pode ser atingida se medições precisas ou determinações numéricas das deformações circunferenciais que atuam nos pontos de interesse forem acopladas a curvas de fadiga deformação-vida adequadas. Acoplando uma técnica experimental para determinar com precisão a geometria das mossas com uma técnica de análise numérica de deformações fará com que sejam obtidas boas estimativas de deformação das posições críticas que serão combinadas com as curvas de fadiga baseadas na relação deformação-vida. As presentes conclusões podem ser aplicadas a outras estruturas que podem apresentar mossas, como tanques e vasos de pressão. / [en] Infrared thermography has been used as a nondestructive evaluation (NDE) technique to detect flaws in structural components, playing an important role in manufacturing inspection, in-service inspection and maintenance programs. An investigation program was launched with the objective of presenting combinations of analytical, experimental and numerical methods to predict and monitor fatigue initiation and fatigue damage progression in equipment such as pressure vessels, tanks, piping and pipelines with dents or complex-shaped anomalies. The monitoring of fatigue initiation and propagation in the actual specimens used nondestructive inspection techniques such as thermoelastic stress analysis (TSA), three-dimensional digital image correlation (3D-DIC) and fiber optic Bragg strain gages (FBSG) to determine strains at fatigue hot spots locations. Strain fields determined from the experimental measurements and from the finite element method (FEM) were combined with the fatigue Coffin-Manson strain-life equation and the Miner s fatigue damage rule to predict fatigue life (N). Results from tested 3m long tubular (with nominal dimensions: 324mm external diameter and 6.35mm wall thickness) specimens containing complex-shaped dents were reported and fully analyzed. This work confirmed that infrared rapid fatigue assessment methods are practical and efficient tools that can provide a reliable, non-destructive and faster results about the fatigue behavior of materials. Good agreement among fatigue life estimations and actual fatigue lives of complex dent shapes in pipeline specimens can only be achieved if accurate measurements or numerical eterminations of the circumferential strains actuating at the dent hot-spots were coupled with suitable fatigue strain-life curves. Coupling an experimental technique for accurately determining dent shapes to a numerical strain analysis technique will lead to good hot-spot strain estimations to be combined with the strain-life fatigue curves. The present conclusions can be applied to other structures that may present dents such as tanks and pressure vessels.

[pt] A determinação da vida à fadiga para projetar estruturas e componentes mecânicos é extremamente importante. A curva S-N pode ser afetada por diferentes condições operacionais e alguns fatores são mais pronunciados no teste ultrassônico de fadiga, dependendo do material. A influência da alta frequência nos fenômenos de autoaquecimento e o efeito da frequência são discutidos. Um aspecto relevante em VHCF é o mecanismo de iniciação e propagação de trincas. Os fenômenos como olho de peixe e área fina granular (FGA) foram encontrados nas superfícies de fratura. Esta tese está dividida em 3 tópicos: evolução da temperatura, amplitude de deformação da microplasticidade e investigação da região FGA. Os materiais em estudo são os aços DIN 34CrNiMo6 e DIN 42CrMo4. O teste de fadiga ultrassônica foi realizado em diferentes condições de carregamento no modo intermitentes e acompanhado por câmera termográfica infravermelha. Esses resultados obtidos para a câmera termográfica foram usados para desenvolver um modelo de inteligência artificial usando aprendizado de máquina para prever a curva temperatura-número de ciclos. O modelo foi capaz de prever a temperatura e os valores do coeficiente de determinação estão acima de 0,98. Para prever a vida à fadiga, foram escolhidos parâmetros baseados em tensão, curva S-N tradicional, temperatura no início do teste, (razão de Rayleigh), dissipação de calor, Qcyc e gradiente de temperatura. A temperatura em estado estacionário foi atingida em aproximadamente 5E+04 ciclos em ambos os aços. Observa-se que o número de ciclos até a falha aumenta à medida que a inclinação da temperatura (fase I) e a dissipação de calor diminuem. (razão de Rayleigh) forneceu melhor concordância com os resultados experimentais seguido por Qcyc. Além disso, grãos ultrafinos na seção transversal do FGA entre 500 -700 nm dentro da superfície da fratura foram detectados pela análise FIB e EBSD. O local grain refinament foi escolhido como o melhor modelo para explicar a formação de FGA. As inclusões não metálicas Al2O3 foram responsáveis por todas as iniciações internas da trinca de fadiga. / [en] The determination of fatigue life to design structures and mechanical components is extremely important. The S-N curve can be affected by different operational conditions, and some factors are more pronounced under ultrasonic fatigue test, depending on the material. The influence of the high frequency in self-heating phenomena and frequency effect are discussed. A relevant aspect in VHCF is the mechanism of crack initiation and propagation. The fish-eye and fine granular area (FGA) phenomena were encountered on the fracture surfaces. This thesis is divided in 3 topics: temperature evolution, microplasticity strain amplitude, and investigation of the FGA region. The materials under study are DIN 34CrNiMo6 and DIN 42CrMo4 steel. Ultrasonic fatigue test was conducted at different intermittent driving and loading ratios, accompanied by an infrared thermographic camera. These results obtained by the thermographic camera were used to developed an artificial intelligence model using machine learning to predict the temperature-number of cycle curves based on the fatigue life. The model was able to predict the temperature and the coefficient of determination values to be above 0.98. In order to predict the fatigue life, parameters were selected based on stress, the traditional S-N curve, slope temperature at the beginning of the test, (Rayleigh ratio), heat dissipation, Qcyc, and gradient temperature. A steady state temperature was reached approximately in 5E+04 cycles with both steels. It is noticeable that the number of cycles to failure increases as slope temperature and heat dissipation decreases. (Rayleigh ratio) provided better agreement with the experimental results followed by Qcyc. Moreover, ultrafine grains in the cross–section of the FGA between 500 - 700 nm within the fracture surface were detected by FIB and EBSD analysis. Local grain refinement was choose the best model to explain FGA formation. The non-metallic inclusions were ultimately responsible for all internal crack initiations of Al2O3.

[pt] A termografia por infravermelho (TIV) tem sido usada como ferramenta de avaliação não destrutiva para detectar falhas em componentes estruturais, desempenhando um papel importante nos programas de inspeção, de fabricação e manutenção. A TIV também pode ser aplicada para avaliar limites de fadiga para materiais estruturais a partir de testes de tensão cíclica uniaxial ou de tração uniaxial quase-estáticos. Recentemente, o método quase-estático para medir o limite de fadiga via TIV, foi estendido para estados de tensão biaxial atuando na superfície de corpos de prova de tamanho real de dutos com anomalias geométricas. Os resultados mostraram que o método biaxial quase-estático previu satisfatoriamente a localização de pontos críticos para a iniciação da fadiga em espécimes tubulares com mossas. Neste trabalho, as distribuições de tensões e deformações nos pontos críticos foram determinadas usando correlação de imagens digitais (DIC), aplicada a sete espécimes dog bone, padrão uniaxial, e oito espécimes de dutos de três metros de comprimento com tampas de cabeça plana fabricados a partir de tubos de aço API 5L Grau B. A determinação do estado de deformação superficial via DIC e a determinação das variações de temperatura correspondentes para os pontos do material de superfície observados ao longo dos testes, permitiram determinar não apenas o limite de fadiga do material, mas também o que conveniou-se chamar de temperatura mínima característica (TMC). Os testes uniaxiais usando espécimes dog bone para o mesmo material indicam que as TMCs medidas estão intimamente relacionadas com o limite de escoamento do material (MYS). Esta pesquisa destaca as observações experimentais relacionadas às medidas de tensão-deformação-temperatura no início do escoamento em pontos observados em ensaios uniaxiais e biaxiais. O objetivo deste trabalho é usar o monitoramento da temperatura de estruturas sob carga crescente quase-estática para prever a que distância do início do MYS estão os estados de tensão dos pontos observados. / [en] Infrared thermography (IRT) has been applied in several areas of science. Particularly in the field of engineering, which has proven to be an excellent tool in non-destructive evaluations of structural components. In addition, IRT has also been applied to assess fatigue limits for structural materials from uniaxial cyclic stress tests or quasi-static uniaxial tensile tests. Recently, the quasi-static method to measure the fatigue limit via IRT was extended to biaxial stress states acting on the surface of real size pipeline specimens with dents. The results showed that the quasi-static biaxial method satisfactorily predicted the location of the hot spots for fatigue initiation in tubular specimens with dents. In this dissertation, the strain distributions at the critical points were determined from mechanical test using digital image correlation (DIC) applied to seven uniaxial standard dog bone and eight 3-meter-long pipeline specimens with plane headed caps fabricated from API 5L Grade B steel. The determination of the deformation state via DIC and the corresponding temperature variations for observed points on the material surface allowed to determine not only the material endurance limit, but also what may be called as the characteristic minimum temperature (TMC). Uniaxial tests using dog bone specimens for the same material indicate that the measured TMC are closely related to the material yield strength (MYS). This work brings originality in the definition and determination of the TMC point. In uniaxial tests the TMC point is determined through the temperature-strain-stress curves, while in biaxial tests, it is located in the temperature-pressure-strain curves.