A disputa por espaço no mercado automotivo tem sido intensificada a cada ano. A cobrança por componentes mais leves e de menor custo aliados à preocupação ambiental têm exigido a busca de novas alternativas de materiais e/ou processos produtivos mais eficientes. Uma das respostas a estas tendências é o aumento significativo no uso de aços de alta resistência baixa liga e dual phase nos últimos anos a fim de reduzir peso dos componentes. Entretanto, o custo destes aços no Brasil está entre 20 a 40% maior que os aços baixo carbono. Desta forma, para alguns segmentos está descartada esta hipótese, pois o mercado brasileiro exige redução de peso aliada à redução de custo. Sendo assim, a melhoria do processo produtivo ganha força nesta disputa. O processo de repuxamento (spinning) tem sido utilizado há anos para produção do componente disco de rodas para veículos comerciais e é um processo de trabalho à frio severo, o que pode resultar em aumento das propriedades mecânicas do material e redução do uso de matéria-prima em função da porcentagem da redução de espessura proposta. Sendo assim, neste trabalho foram analisadas 3 condições de repuxamento de disco, 41% de redução de espessura, 52% de redução de espessura e 64% de redução de espessura a fim de se obter o limite de redução de espessura do material S355JR por meio do processo de repuxamento do disco sem que haja perda das propriedades mecânicas do mesmo e, assim, gerar aumento da vida em fadiga do componente roda e redução de peso. Para isso, foram realizados os seguinte ensaios: análise de composição química, análise de microdureza, análise metalográfica, ensaios de tração e obtenção das curvas tensão x deformação, ensaios de fadiga por flexão alternada (R=-1,0) e obtenção das curvas S-N. A análise da composição química do aço S355JR verificou que o mesmo atende o especificado em norma DIN EN-10025-2. Por meio da análise metalográfica foi verificado que as fases presentes nos materiais analisados eram ferrita e perlita dispersa na matriz e nos contornos de grão. Através dos ensaios realizados foi observado que houve aumento das propriedades mecânicas do material para as amostras repuxadas e também aumento na vida em fadiga dos mesmos. Além disso, foi observado aumento das propriedades mecânicas e da vida em fadiga para a amostra com maior porcentagem de redução de espessura. / The battle for space in the automotive market is becoming fiercer. Calls for lighter and cheaper components, and also environmental concerns, have led to the search for alternative materials and more effective processes. One of the answers is the recent significant increase in sales of dual phase and high strength low alloy steel, which has reduced the weight of the products. However, in Brazil, the price of these steels is 20% to 40% higher than low carbon steel price and thus it is necessary to look for other options. On this way, for some segments this hypothesis is ruled out because the Brazilian market requires weight reduction combined to cost reduction. Thus, the improvement of the manufacturing process gains strength in this battle. The spinning process has long been used to make the disc of commercial vehicle wheels. It is a hard cold working process which could achieve an improvement of the material mechanical properties and a raw material reduction based on the thickness reduction during the process. Thus, three spun disc conditions were analyzed, corresponding to 41, 52% and 64% of thickness reduction, in order to find out a reasonable limit of thickness reduction with no loss of the material mechanical properties, purposing to increase the fatigue life of the wheel and reducing the wheel weight. The following tests were carried out: chemical composition analysis, metallographic analysis, tensile tests to obtain the stress v strain curves, and fatigue tests by alternated bending (R=-1.0) to obtain the S-N curves. The chemical composition analysis of the S355JR steel proved that it met the DIN EN10025-2 standard. Through metallographic analysis, it was confirmed that, for S355JR steels, whose microstructure is ferrite and perlite, the perlite was near the grain boundaries. Throughout the realized tests, it was observed that there was an increasing of the mechanical properties and the fatigue life of the spun samples. In addition, the mechanical properties and fatigue life of the sample with 64% of thickness reduction had increased more than the others spun samples had.

A disputa por espaço no mercado automotivo tem sido intensificada a cada ano. A cobrança por componentes mais leves e de menor custo aliados à preocupação ambiental têm exigido a busca de novas alternativas de materiais e/ou processos produtivos mais eficientes. Uma das respostas a estas tendências é o aumento significativo no uso de aços de alta resistência baixa liga e dual phase nos últimos anos a fim de reduzir peso dos componentes. Entretanto, o custo destes aços no Brasil está entre 20 a 40% maior que os aços baixo carbono. Desta forma, para alguns segmentos está descartada esta hipótese, pois o mercado brasileiro exige redução de peso aliada à redução de custo. Sendo assim, a melhoria do processo produtivo ganha força nesta disputa. O processo de repuxamento (spinning) tem sido utilizado há anos para produção do componente disco de rodas para veículos comerciais e é um processo de trabalho à frio severo, o que pode resultar em aumento das propriedades mecânicas do material e redução do uso de matéria-prima em função da porcentagem da redução de espessura proposta. Sendo assim, neste trabalho foram analisadas 3 condições de repuxamento de disco, 41% de redução de espessura, 52% de redução de espessura e 64% de redução de espessura a fim de se obter o limite de redução de espessura do material S355JR por meio do processo de repuxamento do disco sem que haja perda das propriedades mecânicas do mesmo e, assim, gerar aumento da vida em fadiga do componente roda e redução de peso. Para isso, foram realizados os seguinte ensaios: análise de composição química, análise de microdureza, análise metalográfica, ensaios de tração e obtenção das curvas tensão x deformação, ensaios de fadiga por flexão alternada (R=-1,0) e obtenção das curvas S-N. A análise da composição química do aço S355JR verificou que o mesmo atende o especificado em norma DIN EN-10025-2. Por meio da análise metalográfica foi verificado que as fases presentes nos materiais analisados eram ferrita e perlita dispersa na matriz e nos contornos de grão. Através dos ensaios realizados foi observado que houve aumento das propriedades mecânicas do material para as amostras repuxadas e também aumento na vida em fadiga dos mesmos. Além disso, foi observado aumento das propriedades mecânicas e da vida em fadiga para a amostra com maior porcentagem de redução de espessura. / The battle for space in the automotive market is becoming fiercer. Calls for lighter and cheaper components, and also environmental concerns, have led to the search for alternative materials and more effective processes. One of the answers is the recent significant increase in sales of dual phase and high strength low alloy steel, which has reduced the weight of the products. However, in Brazil, the price of these steels is 20% to 40% higher than low carbon steel price and thus it is necessary to look for other options. On this way, for some segments this hypothesis is ruled out because the Brazilian market requires weight reduction combined to cost reduction. Thus, the improvement of the manufacturing process gains strength in this battle. The spinning process has long been used to make the disc of commercial vehicle wheels. It is a hard cold working process which could achieve an improvement of the material mechanical properties and a raw material reduction based on the thickness reduction during the process. Thus, three spun disc conditions were analyzed, corresponding to 41, 52% and 64% of thickness reduction, in order to find out a reasonable limit of thickness reduction with no loss of the material mechanical properties, purposing to increase the fatigue life of the wheel and reducing the wheel weight. The following tests were carried out: chemical composition analysis, metallographic analysis, tensile tests to obtain the stress v strain curves, and fatigue tests by alternated bending (R=-1.0) to obtain the S-N curves. The chemical composition analysis of the S355JR steel proved that it met the DIN EN10025-2 standard. Through metallographic analysis, it was confirmed that, for S355JR steels, whose microstructure is ferrite and perlite, the perlite was near the grain boundaries. Throughout the realized tests, it was observed that there was an increasing of the mechanical properties and the fatigue life of the spun samples. In addition, the mechanical properties and fatigue life of the sample with 64% of thickness reduction had increased more than the others spun samples had.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rinaldo Puff.pdf: 1851165 bytes, checksum: 1c6629dad35bf876d8e26f6a5fd89ba8 (MD5) Previous issue date: 2002-07-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The purpose of this work is to present and discuss the results obtained in the study of fatigue properties for SAE 1075 steel, cold rolled, quenched and tempered, when subjected to two different cutting processes, and with different finishing processes. This type of material is frequently applied in components with elastic characteristics, like planar springs and valves. The cutting processes used were the laser cutting and electrical erosion by wire, frequently used for obtaining prototype components in the machines and equipments industry. Regarding the finishing processes, the comparison was made between components as cut, with tumbling, polishing, and with shot peening. For obtaining the properties, is this case the S N curve, an alternate bending fatigue machine was developed and used. Statistical methods were used in order to obtain the curve shape in medium cycle fatigue region, and a normal probability paper was used for determining the mean fatigue limit for infinite life for each condition tested. The low cycle fatigue region was not studied in detail. The results are presented in the form of S N curves for each condition tested, and comparisons are done with the purpose of knowing advantages in the application of one or another configuration in making prototype components for high performance and reliable equipments. At the end, a case study was performed, showing the applicability of the collected data, in the design of a real component used in a refrigeration machine. / O propósito deste trabalho é apresentar e discutir os resultados obtidos no estudo das propriedades de fadiga do material aço SAE 1075, laminado a frio, temperado e revenido, submetido a dois processos de corte diferentes, e com diferentes graus de acabamento superficial. Este material é muito utilizado em componentes com características elásticas como molas planas, e válvulas. Os processos de corte utilizados foram o corte a laser e por eletroerosão a fio, freqüentemente utilizados na obtenção de componentes para protótipos na indústria de máquinas e equipamentos. Quanto ao acabamento superficial, a comparação foi feita entre corpos de prova simplesmente cortados, com tamboreamento, com polimento e com shot peening . A obtenção das propriedades, no caso a curva S N, foi feita com a utilização de uma máquina de ensaio de fadiga por flexão alternada. Métodos estatísticos foram aplicados na determinação da inclinação das curvas na região de fadiga de médio ciclo, e um papel de probabilidade normal foi utilizado para determinação do limite de fadiga médio para vida infinita, para cada condição testada. A região de fadiga de baixo ciclo não foi investigada com detalhes. Os resultados são apresentados na forma de curvas S N, para cada condição, e comparações são feitas, no sentido de conhecer as vantagens da utilização de uma ou de outra condição, na obtenção de componentes protótipos para equipamentos de alta performance e confiabilidade. Por fim, um estudo de caso foi realizado, demonstrando a aplicabilidade dos dados obtidos no projeto de um componente real para uma máquina de refrigeração.

El estudio, de tipo correlacional, se realizó al proyecto Centro Comercial Sur Sector Cuatro, de la empresa JE Construcciones SA; ubicada en la ciudad de Lima y parte de aplicar los lineamientos de la guía del PMBOK en la gestión del tiempo, costo y calidad; analizando y evaluando, la problemática generada en la obra durante la etapa de ejecución del periodo 15-03-15 al 15-05-15, hito importante en el proyecto. El análisis parte de dos escenarios: “Primer escenario”, representa el avance real en obra y “Segundo escenario”, representa el avance con el cronograma propuesto, calculándose el valor ganado del primer escenario que fue de S./115,342,840.09 y del segundo escenario que fue de S./153,008,434.03; que refleja la ejecución de obra sin retrasos y pérdidas económicas respecto al tiempo. La gestión de los costos, analiza las valorizaciones quincenales en la curva S para ambos escenarios, obteniéndose los indicadores que determinan el desempeño global de la obra. Para el primer escenario, la estimación a la conclusión (EAC) es S/. 216, 393,289.13 respecto al costo directo (BAC). La gestión de la calidad, implicó la aplicación del diagrama de Ishikawa y el diagrama de Pareto, evaluándose el impacto en el tiempo por los reprocesos del periodo en estudio, denotando una duración total de 76 días y el costo de S. / 86,067.90 que representa el 1.11% del periodo en estudio, conllevando a proponer el plan de calidad, protocolos para mejorar la calidad en los procesos. The study, of type correlational, was realized to the project “Centro Comercial Sur” sector four, of the company JE Constructions SA; located in the city of Lima and part of applying the alignments of guide of the PMBOK in the management of the time, cost and quality; analyzing and evaluating, the problematics generated in the work during the stage of execution of the period 15-03-15 to 15-05-15, important event in the project. The analysis departs from two scenarios: "The First scene", represents the real advance in work and "The Second scene", represents the advance with the proposed chronogram, there being calculated the earned value of the first scene that was S./115,342,840.09 and the second scene that was S./153,008,434.03; that reflects the execution of work without delays and economic losses with regard to the time. The management costs, analyzes the fortnightly valuations in the S curve for both scenarios, obtaining the indicators that determine the overall performance of the work. For the first scenario, the estimate at completion (EAC) is S /. 216, 393,289.13 regarding the direct cost (BAC). The quality management, involved the application of Ishikawa diagram and Pareto chart, evaluating the impact in time to rework the study period, implying a total duration of 76 days and the cost of S / 86,067.90 representing 1.11% of the study period, leading to propose the quality plan, protocols to improve process quality.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:57:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AdrianoSB_TESE.pdf: 4047692 bytes, checksum: 5b0ec3af1fa350ee85a33e2b05f88fc7 (MD5) Previous issue date: 2012-11-30 / The static and cyclic assays are common to test materials in structures.. For cycling assays to assess the fatigue behavior of the material and thereby obtain the S-N curves and these are used to construct the diagrams of living constant. However, these diagrams, when constructed with small amounts of S-N curves underestimate or overestimate the actual behavior of the composite, there is increasing need for more testing to obtain more accurate results. Therewith, , a way of reducing costs is the statistical analysis of the fatigue behavior. The aim of this research was evaluate the probabilistic fatigue behavior of composite materials. The research was conducted in three parts. The first part consists of associating the equation of probability Weilbull equations commonly used in modeling of composite materials S-N curve, namely the exponential equation and power law and their generalizations. The second part was used the results obtained by the equation which best represents the S-N curves of probability and trained a network to the modular 5% failure. In the third part, we carried out a comparative study of the results obtained using the nonlinear model by parts (PNL) with the results of a modular network architecture (MN) in the analysis of fatigue behavior. For this we used a database of ten materials obtained from the literature to assess the ability of generalization of the modular network as well as its robustness. From the results it was found that the power law of probability generalized probabilistic behavior better represents the fatigue and composites that although the generalization ability of the MN that was not robust training with 5% failure rate, but for values mean the MN showed more accurate results than the PNL model / Quando da utiliza??o de materiais em estruturas ? comum ? realiza??o de ensaios est?ticos e c?clicos. Para os ensaios c?clicos avalia-se o comportamento ? fadiga do material e com isso obt?m-se as curvas S-N e estas s?o utilizadas para construir os diagramas de vida constante. Por?m, estes diagramas, quando constru?dos com pequenas quantidades de curvas S-N, subestimam ou sobrestimam o comportamento real do comp?sito, havendo necessidade crescente de se fazer mais ensaios para a obten??o de maior precis?o nos resultados. Pensando assim, uma forma de diminuir custos ? a an?lise estat?stica do comportamento ? fadiga. Assim, este trabalho possui o intuito de avaliar o comportamento probabil?stico ? fadiga de materiais comp?sitos e foi dividido em tr?s partes. A primeira parte consiste em como associar a equa??o de probabilidade de Weilbull ?s equa??es comumente utilizadas no modelamento da curva S-N de mat?rias comp?sitos, quais sejam, a equa??o exponencial e a lei de pot?ncia e suas respectivas generaliza??es. Na segunda parte utilizou-se os resultados obtidos pela equa??o que melhor representa as curvas S-N de probabilidade e treinou-se uma rede modular ? 5% de falha. Na terceira parte, realizou-se um estudo comparativo dos resultados obtidos usando o modelo n?o linear por partes (PNL) com os resultados de uma arquitetura de rede modular (MN) na an?lise do comportamento ? fadiga. Para tanto utilizouse uma base de dados com dez materiais obtidos da literatura para se avaliar a capacidade de generaliza??o da rede modular, bem como sua robustez. A partir dos resultados verificou-se que a lei de pot?ncia generalizada de probabilidade representa melhor o comportamento probabil?stico ? fadiga de comp?sitos e que apesar da capacidade de generaliza??o da MN esta n?o se mostrou robusta para um treinamento com 5% de falha, por?m para valores m?dios a MN apresentou resultados mais precisos que o modelo PNL

[pt] Estudos recentes têm mostrado que para muitos materiais de Engenharia não existe um limite de fadiga. Numa análise convencional, se admite uma vida infinita em fadiga de alto ciclo quando o material atinge 10(6) - 10(7) ciclos sem a incidência de falhas. Entretanto, em função do desenvolvimento tecnológico atual, a vida-fadiga de inúmeros componentes mecânicos e estruturais pode ultrapassar a fronteira da fadiga de alto ciclo, fazendo com que a avaliação do comportamento em fadiga de altíssimo ciclo (10(7) – 10(12)), tenha se tornado extremamente importante para projetos, por ter estabelecido que uma tensão limite de fadiga não existe em muitos casos. Pesquisas recentes demonstram que a maioria dos materiais, incluindo ligas ferrosas, apresentam falhas em até 10(10) ciclos, com um decréscimo contínuo do limite de fadiga após 10(6) ciclos, o que torna a resistência à fadiga associada com um número de ciclos mais importante do que o próprio limite de fadiga. No regime de altíssimo ciclo de fadiga as trincas se iniciam a partir de defeitos internos do material, como inclusões, gerando mecanismos de iniciação de trincas caraterísticos das superfícies de fratura, tais como olho de peixe (fish-eye), ODA (Optically Dark Area) e FGA (Fine Granular Area). Neste estudo foram usinados corpos de prova do aço DIN 34CrNiMo6, que foram ensaiados entre 10(6) e 10(9) ciclos, sob fadiga ultrassônica do tipo tração-compressão, com frequência de 20 kHz e razão de carregamento -1. Os resultados mostraram que o material tem uma tendência maior a vida-fadiga sob valores baixos de tensão e na superfície de fratura de alguns corpos de prova formação de fish-eye. / [en] Recent studies have shown that for many engineering materials there is no fatigue limit. In a conventional analysis, infinite life in high cycle fatigue is allowed when the material reaches 10(6) - 10(7) cycles without the occurrence of failures. However, due to the current technological development, the fatigue life of several mechanical and structural components can exceed the boundary of high cycle fatigue, making the evaluation of ultra high cyle fatigue behavior (10(7)-10(12)), or fatigue of very high cycle, has become extremely important for projects, because it has established that a stress of fatigue limit does not exist in many cases. Current research has shown that most materials, including ferrous alloys, exhibit failures in up to 10(9) cycles, with a continuous decrease in the fatigue limit after 10(6) cycles, which makes strength fatigue associated with a number of cycles most important than own fatigue limit. In the very high fatigue cycles regime, cracks start from internal defects of the material, such as inclusions, generating a feature mechanisms of crack initiation on the fracture surfaces, such as fish-eye, ODA (Optically Dark Area) and Fine Granular Area (FGA). This study, specimens of DIN 34CrNiMo6 steel were machined and were tested between 10(6) and 10(9) cycles, under ultrasonic fatigue, with a frequency of 20 kHz and a loading ratio of -1. The results showed that the material has a tendency to fatigue life under low stress values and in some fracture sufaces of the specimens the fish-eye formation.

[pt] Neste trabalho, o fator de gradiente de tensões elastoplástico na frente da raiz de entalhe é utilizado para investigar o efeito real do entalhe na resistência à fadiga, quantificado pelo fator de concentração de tensões à fadiga. Este é geralmente menor que o fator de concentração de tensões do entalhe, o parâmetro linear elástico (Fator de concentração de tensão) , devido à tolerância do material a trincas curtas não propagantes. Considerando que a plasticidade localizada na vizinhança da raiz do entalhe afeta o comportamento de crescimento de trincas curtas dentro da zona plástica induzida pelo entalhe, uma abordagem baseada na Mecânica da Fratura é proposta para abranger os efeitos dos campos de tensões e deformações elastoplásticas no cálculo do (Fator de concentração de tensão de fadiga). Análises bidimensionais por elementos finitos são adotadas para calcular fatores de intensidade de tensão de espécimes planos e entalhados. O modelo de encruamento de Ramberg-Osgood e a regra de Neuber são usados para obter aproximações de fatores de intensidade baseados em deformação. Para validação da metodologia, as previsões numéricas geradas são comparadas com dados experimentais de S-N coletadas da literatura para espécimes com (Fator de concentração de tensão) . Estes possuem furo circular central ou entalhes tipo U ou V, são feitos de diferentes materiais e testados sob cargas axiais com razão igual a -1, 0 ou 0,1. A comparação mostra boa concordância e prova que a solução elastoplástica proporcione maior precisão do que a linear elástica. Os resultados mais discrepantes são obtidos em razões de carga de 0 e 0,1, no entanto, eles podem ser significativamente melhorados quando é considerada a correção de efeitos de tensão média não nula. / [en] Elasto-plastic stress gradient factors ahead of notch tips are used to evaluate actual notch effects in fatigue strength, quantified by fatigue stress concentration factor (Fatigue stress concentration factor). Usually, it is smaller than the linear elastic stress concentration factor of the notch, (Stress concentration factor) , due to material tolerance to non-propagating short cracks. Considering that local plasticity around notch tips plays a significant role in the growth behavior of short cracks within the notch plastic zone, a sound mechanical methodology is proposed to account for the effects of elasto-plastic stress and strain fields in the actual (Fatigue stress concentration factor) value. Two-dimensional finite element analyses are conducted to compute stress intensity factors of smooth and notched specimens. Ramberg-Osgood model and Neuber s rule are used to achieve approximations for strain-based intensity factors. For methodology validation, numerical predictions are compared to experimental stress-life data of center, U, and V-notched plate specimens made of different materials and tested under uniaxial load ratios of −1, 0, and 0.1 collected from the literature. The comparisons show good agreement proving that the elasto-plastic solution provides more accuracy than the linear elastic one. The most discrepant results are obtained at load ratios of 0 and 0.1, and they can be significantly improved if non-zero mean stress effects are considered.