Fraturas são descontinuidades físicas, presentes em diversos materiais utilizados na engenharia, e são responsáveis pela redução da resistência e da rigidez global dos materiais. Tratando-se de fraturas de pequena dimensão, é possível definir a existência de duas escalas: a escala microscópica, onde as fraturas são visíveis, e a escala macroscópica, onde o material fraturado é homogêneo. Maghous et al. (2010) utilizaram a micromecânica para expor o tensor de rigidez homogeneizado para materiais elásticos fraturados, fazendo a ressalva de que fraturas transmitem esforços por suas faces. Utilizando os conceitos formulados por Maghous, Lorenci (2013) ampliou sua aplicação, estendendo à distribuição aleatória das fraturas. Utilizando o mesmo procedimento realizado por Lorenci, determinou-se os tensores de rigidez homogeneizados para materiais elásticos fraturados, os quais foram empregados para formular as condições de propagação de fraturas para materiais elásticos. Conceitualmente, a condição de propagação de fraturas em meios elásticos é formulada com base em conceitos clássicos da termodinâmica, baseados na dissipação de energia. Tratando-se de meios viscoelásticos, a dissipação de energia adquire um novo termo denominado de dissipação viscosa. Nguyen (2010) estabeleceu uma condição de propagação de fissuras em meios viscoelásticos, entretanto, as fissuras admitidas por Nguyen não são responsáveis pela transferência de esforços. Para estender a análise de Nguyen ao caso de fraturas, foi necessário determinar os tensores de relaxação do material viscoelástico fraturado, estes tensores foram obtidos combinando-se os tensores elásticos homogeneizados com os conceitos da transformada de Carson-Laplace, admitindo que as fraturas não se propagam ao longo do tempo. Com base no tensor de relaxação isótropo homogeneizado, determinou-se um modelo reológico equivalente que represente o material viscoelástico fraturado assumindo diferentes modelos reológicos para a matriz e para fraturas. Por fim, analisou-se as condições de propagação de fraturas em meios viscoelásticos de duas formas: de forma aproximada (apurando os estudos realizados por Nguyen) e de forma homogeneizada (admitindo que a propagação de fraturas se dá na escala macroscópica). / responsible for reducing the overall strength and stiffness of the material. In the case of small fractures, is possible set two scales: a microscopic scale, where fractures are visible, and the macroscopic scale, where the fractured material is homogeneous. Maghous et al. (2010) used the micromechanics to expose the homogenized stiffness tensor for fractured elastic materials, making the observation that fractures transmit efforts by their faces. Using the concepts formulated by Maghous, Lorenci (2013) expanded its application, extending to a random distribution of fractures. Using the same procedure performed by Lorenci, the homogenized stiffness tensor was determined for fractured elastic materials, which were employed to formulate the fracture propagation conditions for elastic materials. Conceptually, the fracture propagation conditions for elastic means is made based on classical concepts of thermodynamics, based on the energy dissipation. In the case of viscoelastic means, the energy dissipation acquires a new term called viscous dissipation. Nguyen (2010) established a condition of crack propagation in viscoelastic means, however, the Nguyen’s cracks are not responsible for the transfer of efforts. To extend Nguyen analysis to the case of fractures, was necessary to determine the relaxation tensor for viscoelastic fractured materials, these tensors are obtained by combining the homogenized elastic tensor to the concepts of the Carson- Laplace transform, assuming that the fractures are not propagate over time. Based on the isotropic homogenized relaxation tensors, was determined an equivalent rheological model representing the fractured viscoelastic material assuming different rheological models for matrix and fractures. Finally, was analyzed the fracture propagation conditions in viscoelastic means in two ways: in an approximate way (improving the studies conducted by Nguyen) and homogenized form (assuming that the propagation of fractures occurs at the macroscopic scale).

BEZERRA, A. C. Efeito do hidrogênio na propagação de trincas no aço 2 1/4 Cr-1 Mo utilizado em reatores de hidroprocessamento. 2002. 87 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia e Ciência de Materiais) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2002. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2012-04-11T17:22:13Z No. of bitstreams: 1 2002_dis_acbezerra.pdf: 5507890 bytes, checksum: 9729c7c4c7cbb3e338a4873ca6f76849 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2012-04-11T17:24:24Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2002_dis_acbezerra.pdf: 5507890 bytes, checksum: 9729c7c4c7cbb3e338a4873ca6f76849 (MD5) / Made available in DSpace on 2012-04-11T17:24:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2002_dis_acbezerra.pdf: 5507890 bytes, checksum: 9729c7c4c7cbb3e338a4873ca6f76849 (MD5) Previous issue date: 2002-08 / The hydroprocessing reactors used in petroleum refineries are usually composed of a base metal coated with a double layer of austenitic stainless steel. These materials have different thermo-elastic properties that cause high stress coating during shutdown of the reactor, leading to nucleation and propagation of cracks. Furthermore, the wall of the reactor is subject to a corrosive environment, hydrogen-rich, high pressure and temperature. Thus, there is the possibility of hydrogen embrittlement, which would reduce the ductility, the stress intensity threshold for the propagation of cracks and the failure time of the material. For a better study of these problems, the work was divided into two parts: computer simulation of the reactor wall and experimental. First, we conducted a computer simulation of the wall of a typical hydroprocessing reactor, comprising the base metal 21/4Cr-1Mo (ASTM A387 grade 22 Class 2) and double layer coating of stainless steel type 309 (buttering) and 347 . This simulation showed by the stress distribution along the wall of the reactor, with and without the presence of a crack, the potential of the thermal stress cracks spread coating. In the experimental part, the steel under study (21/4Cr-1Mo) was hydrogenated in the state characterized and compared with results obtained for the non-hydrogenated state. Furthermore, the hydrogen embrittlement was quantified by determining the fracture toughness of the material, in both states, through the use of J-integral. The computational results confirmed the high probability of a crack reaching the interface coating with the base metal after a few cycles on-off. However, there remain possibly this crack plasticized. Since the experimental results confirm the high susceptibility to hydrogen embrittlement of the material under study. / Os reatores de hidroprocessamento utilizados em refinarias de petróleo são, geralmente, compostos de um metal de base revestido com dupla camada de aço inoxidável austenítico. Estes materiais têm diferentes propriedades termo-elásticas, que causam elevadas tensões de revestimento durante o desligamento do reator, podendo levar à nucleação e propagação de trincas. Além disso, a parede do reator está sujeita a um ambiente corrosivo, rico em hidrogênio, a alta pressão e temperatura. Desta forma, existe a possibilidade de fragilização por hidrogênio, o que causaria uma redução da ductilidade, da intensidade de tensão limite para propagação de trincas e do tempo de falha do material. Para um melhor estudo destes problemas, o trabalho foi dividido em duas partes: simulação computacional da parede do reator e ensaios experimentais. Primeiramente, foi realizada uma simulação computacional da parede de um reator de hidroprocessamento típico, composto pelo metal de base 21/4Cr-1Mo (ASTM A387 Grau 22 Classe 2) e dupla camada de revestimento de aço inoxidável da tipo 309 (amanteigamento) e 347. Esta simulação mostrou, através da distribuição de tensões ao longo da parede do reator, com e sem a presença de trinca, a potencialidade das tensões térmicas de revestimento em propagar trincas. Na parte experimental, o aço em estudo (21/4Cr-1Mo) foi caracterizado no estado hidrogenado e comparado com os resultados obtidos para o estado não-hidrogenado. Além disso, a fragilização por hidrogênio foi quantificada por meio da determinação da tenacidade à fratura do material, nos dois estados, através do uso da integral-J. Os resultados computacionais comprovaram a alta probabilidade de uma trinca de revestimento chegar na interface com o metal de base após alguns ciclos liga-desliga. No entanto, possivelmente esta trinca lá permaneceria plastificada. Já os resultados experimentais confirmaram a alta suscetibilidade à fragilização por hidrogênio do material em estudo.

MONTEZUMA, M. F. V. Modelagem computacional da propagação de trincas em vigas de pontes de aço sob carregamento cíclico de amplitude variável. 2002. 157 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia e Ciência dos Materiais) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2002. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2012-04-19T18:02:28Z No. of bitstreams: 1 2002_dis_mfvmontezuma.pdf: 4354563 bytes, checksum: 0f5031bc841753d1bfc1f5c2cdd57086 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2012-04-19T18:03:57Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2002_dis_mfvmontezuma.pdf: 4354563 bytes, checksum: 0f5031bc841753d1bfc1f5c2cdd57086 (MD5) / Made available in DSpace on 2012-04-19T18:03:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2002_dis_mfvmontezuma.pdf: 4354563 bytes, checksum: 0f5031bc841753d1bfc1f5c2cdd57086 (MD5) Previous issue date: 2002 / Steel bridges are normally subjected to random loads with different traffic frequencies. This way, steel bridges are structures of dynamic behavior and are subjected to fatigue failure process. After localize and determine the amplitude of an existing flaw, its important predicts crack propagation and the convenient repair time. At this work, the fatigue crack propagation on steel beam bridges, has been studied under different spectrum of variable-amplitude loading. To study the fatigue crack growth was developed a computational code, using the root-mean-square and the cycle-by-cycle models. Different loads histories and initial crack length were considered input variables. This way was evaluate the dispersion of results of the expected structural life choosing different initial parameters. / Pontes de aço normalmente estão sujeitas a carregamentos cíclicos de amplitude variável com tipo e freqüência de tráfego ao acaso. Dessa forma, as pontes de aço, por serem estruturas de comportamento dinâmico, estão sujeitas a falhar por processo de fadiga. Após determinar a localização e a amplitude de uma falha existente, tem-se de imediato a preocupação com a previsão de propagação da mesma a fim de ter-se um tempo conveniente de reparo. Neste trabalho avaliou-se o problema de propagação de trincas de fadiga em vigas de pontes de aço sob diferentes espectros de carregamentos cíclicos de amplitude variável. Foi desenvolvido um programa computacional para a análise do crescimento das trincas utilizando-se os modelos do Valor Médio Quadrático e Ciclo-a-Ciclo. Considerou-se como variáveis de entrada do programa diferentes tamanhos iniciais de trincas e diferentes histórias de carregamentos. Dessa forma pôde-se avaliar a dispersão dos resultados de vida esperada da estrutura com a variação dos diferentes parâmetros de entrada.

SILVA, E. de M. Análise da superfície de fratura do aço inoxidável duplex UNS S31803 através da aplicação da geometria dos fractais. 2002. 83 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia e Ciência de Materiais) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2002. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2012-04-19T19:02:32Z No. of bitstreams: 1 2002_dis_emsilva.pdf: 8452361 bytes, checksum: 1f9479cbb978a7cdec8505fed90f880d (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2012-04-19T19:06:19Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2002_dis_emsilva.pdf: 8452361 bytes, checksum: 1f9479cbb978a7cdec8505fed90f880d (MD5) / Made available in DSpace on 2012-04-19T19:06:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2002_dis_emsilva.pdf: 8452361 bytes, checksum: 1f9479cbb978a7cdec8505fed90f880d (MD5) Previous issue date: 2002-10 / In the last years, the fractal geometry has become widely studied. Its application in several areas increased substantially, particularly in materials engineering and science, aiming the analysis of failures and the study of the mechanical properties of materials. Some studies have shown the relationship between the fracture surfaces and their mechanical properties using the fractal geometry and its properties of fractal dimension and selfsimilarity. In this research, the fracture surface of duplex stainless steel, which was obtained by the Charpy impact test, was studied applying the fractal geometry. Considering the 475°C embrittlement, the steel was submitted to thermal aging to obtain the fracture surfaces, whose images were captured by the scanning electron microscope (SEM). In the fractal analysis, a study was made applying the island method and profile analysis through the digitalization of the images and the application of image analyzing software. Emphasis was given on the calculation of the fractal dimension (FD) of the surface, on the energy absorbed during the impact test, on the involved fracture mechanisms and as well on the relationship between FD and thermal aging. In order to better understanding the subject, it was done the review about fracture mechanics, of duplex stainless steel and of fractal geometry. Finishing the research, the obtained fracture surface, the absorbed energy and the obtained values of FD were analyzed. The obtained results demonstrated a relationship between the fractal dimension, the size of the dimples in fracture surfaces and the impact energy to obtain them. / A geometria dos fractais nos últimos anos tem se tornado bastante difundida no meio científico. O seu emprego em diversas áreas aumentou substancialmente, em particular na engenharia e ciência dos materiais, com o objetivo de analisar falhas e estudar as propriedades mecânicas dos materiais. Alguns estudos têm mostrado a relação entre as propriedades mecânicas de superfícies de fratura com a geometria dos fractais e suas propriedades de dimensão fractal e auto-similaridade. Nesta pesquisa, foi estudada, com base na geometria dos fractais, a superfície de fratura do aço inoxidável duplex obtida através do ensaio de impacto Charpy. Considerando a fragilização a 475°C, o aço foi submetido ao tratamento térmico de envelhecimento para a obtenção das superfícies de fraturas cujas imagens foram captadas no microscópio eletrônico de varredura (MEV). Na análise fractal foi feito um estudo aplicando os métodos das ilhas e análise de perfil através da digitalização das imagens e aplicação de softwares de análise de imagem. Foi dada ênfase na análise do cálculo da dimensão fractal (Df) da superfície, na energia absorvida no ensaio de impacto, nos mecanismos de fratura envolvidos, bem como na relação entre Df e o tratamento térmico de envelhecimento. Para o melhor entendimento do trabalho foi feita uma revisão bibliográfica sobre a mecânica da fratura, o aço inoxidável duplex e a geometria dos fractais. Para finalizar a pesquisa, foi feita a análise da superfíce de fratura obtida, da energia absorvida e de valores de Df alcançados. Os resultados obtidos demonstraram uma relação entre a dimensão fractal, o tamanho dos dimples em superfícies de fratura e a energia de impacto para a obtenção das mesmas.

A operação segura e eficiente de unidades de produção de petróleo e gás depende essencialmente do desempenho de seus dispositivos, componentes e estruturas. Dutos rígidos são importantes componentes utilizados na indústria offshore, comumente empregados como flowlines e risers. Aços ao carbono, como o API 5L X65, são materiais tipicamente utilizados para essas aplicações, devido ao seu baixo custo relativo e disponibilidade. No entanto, para o pré-sal brasileiro, parece improvável o uso desses aços, uma vez que o óleo está contaminado por elevadas concentrações de CO2, o que provoca a corrosão generalizada. Assim, as operadoras no Brasil devem considerar uma solução alternativa, como tubos cladeados ou ligas resistentes à corrosão (CRA). Aços inoxidáveis duplex e superduplex (AISD) surgiram na última década como um material alternativo para ambientes quimicamente agressivos. No entanto, de acordo com estudos recentes, quando catodicamente protegidos contra a corrosão, esses aços são vulneráveis ao trincamento induzido pelo hidrogênio (HISC). O objetivo deste trabalho é avaliar, através de ensaios de tenacidade à fratura, a susceptibilidade ao HISC de amostras do AISD soldadas, utilizando dois níveis diferentes de proteção catódica. Para a avaliação da tenacidade à fratura, decidiu-se utilizar o método de ensaio de step loading, pois esta prática é considerada mais realista já que as amostras são expostas ao hidrogênio durante todo o teste, ao invés de um simples pré-carregamento de hidrogênio como recomendado por alguns procedimentos. Os valores de tenacidade são dados em termos de CTOD e integral J. A tenacidade foi avaliada em termos de iniciação e carga máxima, utilizando corpos de prova do tipo SENB da mecânica da fratura. Os resultados aqui apresentados indicam que os AISD são bastante suscetíveis a HISC, especialmente na zona termicamente afetada, mesmo para potenciais pouco catódicos como -650 mVECS. / The optimized and secure operation of oil and gas floating production units depends essentially on the performance of their devices, components and structures. Rigid pipelines are key equipment used in the offshore industry commonly employed as flowlines and risers. Carbon steel such as API 5L X65 is the material of choice for those applications due to its low relative cost and availability. However, for the Brazilian pre-salt it seems unlikely the use of carbon steels, since the oil is contaminated by high concentrations of CO2, which causes generalized corrosion. Therefore, operators in Brazil should consider an alternative solution, such as lined or cladded pipes as well as corrosion resistant alloys (CRA). Duplex and superduplex stainless steels (SDSS) have emerged in the last decade or so as an alternative material for harsh environments. Nevertheless, according to recent studies, SDSS when cathodically protected against corrosion are prone to hydrogen induced stress cracking (HISC). The aim of this investigation is to evaluate through fracture toughness measurements the susceptibility of welded SDSS samples to HISC for two different levels of cathodic protection. For fracture toughness evaluation, we decided to use the step loading test method, since we understand that this practice is more realistic because samples are exposed to hydrogen during the entire tests instead of simple hydrogen pre-charging as recommended by some procedures. Fracture toughness values are given in terms of both CTOD and J-integral for crack initiation and maximum stress for SENB specimens. The results given here indicated that SDSS are quite susceptible to HISC especially in the heat affect zone even for potentials as negative as -650 mVsce.

Made available in DSpace on 2016-08-29T15:32:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_5382_Dissertação de Mestrado (Polliana Alexandre Soares).pdf: 5558925 bytes, checksum: f527e57bc2fba9b5e555b52004855328 (MD5) Previous issue date: 2011-12-27 / Este trabalho foi desenvolvido com o intuito de determinar a tenacidade à fratura em estruturas contendo trincas em suas juntas soldadas. O material ensaiado foi o aço API X65 que é usado em tubos na indústria de produção de petróleo e gás, por exemplo. O tubo tem diâmetro de 20 polegadas com espessura de 6,8 mm. Foram estudadas duas condições diferentes: materiais metal base e metal soldado e, para cada condição, foram ensaiados nove e oito corpos de prova, respectivamente. O processo de soldagem utilizado foi a soldagem por resistência elétrica (Electric Resistence Welding - ERW). Os corpos de prova foram confeccionados segundo a norma ASTM E 1820 01 e o critério da mecânica da fratura empregado foi o da Curva de Resistência (Curva R), que fornece o tamanho e a abertura máxima da trinca sem que ocorra a ruptura do material. A tenacidade à fratura foi verificada e o metal base e metal soldado apresentaram os mesmos valores desta propriedade. Através de microscopia eletrônica de varredura (MEV), pode-se notar que a fratura é dúctil e apresenta microcavidades (dimples) e inclusões. Na microscopia óptica, vê-se que o aço API X65 no metal base possui uma estrutura perlítica-ferrítica com grãos refinados e no metal soldado aumenta-se o tamanho dos grãos.

Submitted by Edileide Reis (leyde-landy@hotmail.com) on 2015-04-15T02:15:48Z No. of bitstreams: 1 Itana Santos Fernandes.pdf: 716606 bytes, checksum: bfc40cd2b0d01dcd144f4f7220ea267e (MD5) / Made available in DSpace on 2015-04-15T02:15:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Itana Santos Fernandes.pdf: 716606 bytes, checksum: bfc40cd2b0d01dcd144f4f7220ea267e (MD5) Previous issue date: 2013 / O tratamento de fraturas de mandíbula na região de sínfise e parassínfise com uso de miniplacas e parafusos é especialmente problemático devido às forças de torção presentes nestas áreas. Os primeiros estudos a cerca do tema sugerem o uso de duas miniplacas do sistema 2,0mm fixadas acima e abaixo do forame mentual, com parafusos monocorticias, para neutralizar as cargas funcionais. Com a melhoria das ligas metálicas e o desenvolvimento de novos tipos de dispositivos de fixação, é possível sugerir que a utilização de uma única placa na zona de tensão da mandíbula seja suficiente para estabilizar a fratura durante o período de reparo ósseo. O objetivo deste trabalho foi revisar a literatura sobre as técnicas de fixação interna de fraturas de parassínfise mandibular ressaltando a possibilidade de alteração de técnica para a diminuição do número de placas para a estabilização das fraturas.

Submitted by Stéfany Moreira (stemellra@yahoo.com.br) on 2013-03-08T13:53:17Z No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_InfluênciaGrauDeformação.pdf: 18295639 bytes, checksum: 53f500515e5f55f15506a44ca75b05c0 (MD5) / Approved for entry into archive by Neide Nativa (neide@sisbin.ufop.br) on 2013-03-13T17:51:33Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_InfluênciaGrauDeformação.pdf: 18295639 bytes, checksum: 53f500515e5f55f15506a44ca75b05c0 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-03-13T17:51:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_InfluênciaGrauDeformação.pdf: 18295639 bytes, checksum: 53f500515e5f55f15506a44ca75b05c0 (MD5) Previous issue date: 2005 / Nesse trabalho, o crescimento de trinca da/dN x ΔK foi estudado em dois aços bifásicos largamente usados na indústria automotiva, com cerca de 8% a 12% de fração volumétrica de martensita. A principal diferença entre esses aços é a composição química. Um dos aços tem adições de cromo enquanto o outro tem silício como elemento de liga. Além da composição química, o efeito de 10% de pré-deformação e tratamento térmico de “Baking Hardening” na resistência à fadiga foi verificado. Os aços bifásicos têm mostrado recentemente excelente resistência ao crescimento de trinca por fadiga, particularmente a baixas taxas de crescimento, perto do fator limiar de intensidade de tensão (ΔKTh), abaixo do qual as trincas permanecem paradas (latentes). Essa resistência depende da microestrutura do aço e é atribuida primeiramente à morfologia do caminho percorrido pela trinca e associação com efeitos de fechamento de trinca. Corpos-de-prova do tipo C(T) com 3,85mm de espessura e 50mm de largura na orientação T-L foram usados nos experimentos. A freqüência de ensaio foi de 30Hz e os experimentos foram realizados ao ar (aproximadamente 25ºC, R.H.=60%), e razão entre tensões R, de 0,1. Os resultados mostraram que os dois aços têm comportamento similar na resistência ao crescimento de trinca por fadiga. Não foi notado um efeito significante do tratamento mecânico e térmico nos dois aços, o que representa um resultado prático bastante interessante, pois esses tratamentos fazem parte do processo de fabricação das rodas. Modelos matemáticos de previsão de vida em fadiga por equações de Paris, Forman, Priddle, Collipriest, Elber e Hall, foram empregados, e os resultados experimentais mostraram uma boa concordância com os mesmos na região II. Desses modelos o que melhor se ajustou aos resultados experimentais foi o de Priddle. Os outros modelos apresentam uma característica menos conservativa na região do ΔKth que o de Priddle, o que torna esse modelo mais interessante se redução de peso e custos forem objetivos do projeto. __________________________________________________________________________________________ / ABSTRACT: In this work, fatigue crack growth da/dN x ΔK has been studied in two dual-phase steels broadly used in the automotive industry, with, approximately, 8% to 12% of martensite volumetric fraction. The main difference between the steels is the chemical composition: one of the steels has chromium additions while the other has silicon as an alloy element. Besides the chemical composition, the effect of 10% of predeformation and a bake hardening heat treatment in the resistance to fatigue were verified. Dual-phase steels have been shown recently to display excellent resistance to fatigue crack growth, particularly at low growth rates approaching the threshold stress intensity range (ΔKth) below which long cracks remain dormant. Such resistance depends on the microstructure of the steel and is attributed primarily to meandering crack path morphology and associated crack closure effects. C(T) specimens with 3.85mm thickness and 50mm width in T-L orientation were used for the experiments. Testing frequency was 30Hz. The experiments were performed in ambient air (approximately 25oC, R.H. = 60%), at R stress ratio of 0.1. Results showed that the two steels present a similar behavior in fatigue crack growth resistance. It was not noticed significant effect of the mechanical and heat treatments in both steels. This is a very interesting practical result, because these treatments are part of the industrial process. Mathematical Models of Paris, Forman, Priddle, Collipriest, Elber and Hall were used and the experimental results showed a good agreement with them in region II. The best fitness in the results is Priddle. The others models presents a less conservative characteristic at ΔKth region in relation to the Priddle model, This reason becomes this model interesting if weight and costs reduction are important on the project.

Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto. / Submitted by Oliveira Flávia (flavia@sisbin.ufop.br) on 2015-11-03T20:23:09Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22190 bytes, checksum: 19e8a2b57ef43c09f4d7071d2153c97d (MD5) DISSERTAÇÃO_EfeitoCaracterísticasMicroestruturais.pdf: 4622852 bytes, checksum: 235793baeaf245cfb090fd33619308ff (MD5) / Approved for entry into archive by Gracilene Carvalho (gracilene@sisbin.ufop.br) on 2015-11-04T17:02:10Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22190 bytes, checksum: 19e8a2b57ef43c09f4d7071d2153c97d (MD5) DISSERTAÇÃO_EfeitoCaracterísticasMicroestruturais.pdf: 4622852 bytes, checksum: 235793baeaf245cfb090fd33619308ff (MD5) / Made available in DSpace on 2015-11-04T17:02:10Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22190 bytes, checksum: 19e8a2b57ef43c09f4d7071d2153c97d (MD5) DISSERTAÇÃO_EfeitoCaracterísticasMicroestruturais.pdf: 4622852 bytes, checksum: 235793baeaf245cfb090fd33619308ff (MD5) Previous issue date: 2015 / Dois diferentes tipos de aços eutetóides são empregados na fabricação de trilhos ferroviários usados hoje na construção e manutenção das estradas de ferro do Brasil pela empresa Valor Logística Integrada – VLI. Porém não há produção nacional de trilhos, e a VLI importa esses componentes principalmente do Japão, China e Estados Unidos. Trilhos do tipo standard e premium são classificados de acordo com a presença de elementos de liga em sua composição e de acordo com o tratamento térmico realizado no boleto do trilho. Este trabalho caracteriza a microestrutura, o comportamento mecânico, determina a tenacidade à fratura e o comportamento em propagação de trinca por fadiga de dois trilhos (um standard e um premium), provenientes do Japão e da China. A microestrutura foi avaliada por microscopia óptica e eletrônica de varredura (MEV). O tamanho médio das colônias de perlita e o espaçamento interlamelar foram medidos. Além disso, foram realizados ensaios de dureza e tração, ensaios de tenacidade à fratura (mecânica de fratura linear elástica - KIC), e ensaios de propagação de trincas por fadiga (da/dN x K). As superfícies de fratura dos corpos de prova de todos os ensaios foram analisadas via MEV para confirmar o mecanismo de fratura material. As análises metalográficas mostraram a presença de perlita fina em todos os aços como constituinte majoritário, com uma distribuição normal de inclusões, mas com diferenças entre as características microestruturais (tamanho de colônia e espaçamento interlamelar) entre os dois aços estudados. Os ensaios mecânicos mostraram que existe uma diferença de resistência mecânica entre os aços. Os aspectos microestruturais foram correlacionados com os resultados da mecânica de fratura e de propagação de trincas por fadiga, a fim de mostrar o efeito da microestrutura no comportamento mecânico dos aços, que são informações relevantes para uma seleção adequada dos aços, pela VLI, para aplicações ferroviárias. Confirmou-se que uma estrutura mais refinada apresenta maior valor de dureza e de resistência mecânica, menor valor de tenacidade à fratura KIC e pior comportamento em fadiga, com menor valor de resistência à propagação de trinca por fadiga na região de crescimento de trinca I (KTH). A fractografia confirmou o comportamento frágil desses materiais. ________________________________________________________________________ / ABSTRACT: Two different types of eutectoid steels are used in the manufacture of rails used in the construction and maintenance of Brazilian railroads, by the Valor Logística Integrada – VLI company. However, there is no national production of these type of steels and VLI buys rails mainly from Japan, China and United States. Premium and Standard types of rails are classified depending on the presence of certain alloying elements and the heat treatment done on the rails head. The present work characterizes the microstructure, the mechanical behavior, and determines the fracture toughness and fatigue behavior of two of those steels (one Standard and one Premium), from Japan and China. The microstructure was evaluated by light optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM). Average grain size and pearlite interlamellar spacing were measured. In addition, hardness, tensile tests, fracture toughness tests (linear elastic fracture mechanics - KIC), and fatigue crack propagation tests (da/dN x K) were performed. The fracture surfaces of the specimens of all tests were analyzed via SEM to confirm the fracture mechanism of each material. Metallographic examination showed the presence of fine pearlite in all steels as major constituent, with a normal distribution of inclusions, but with differences between the microstructural characteristics (colony size and interlamelar spacing) of the two steels. Mechanical tests also showed a large difference in strength between the steels. The microstructural aspects were correlated with the results of fracture mechanics and fatigue crack propagation in order to show the effect of the microstructure on the mechanical behavior of the steels and provide relevant information for an adequate selection of steel for railroad applications, by VLI. It was confirmed that a more refined microstructure has larger value of hardness and greater tensile strength, lower value of fracture toughness KIC and worse fatigue behavior, with smaller value of fatigue propagation resistance in crack growth region I (KTH). The fractography confirmed the brittle behavior of the materials studied.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópólis, 2012. / Made available in DSpace on 2013-07-16T04:29:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 317260.pdf: 14388869 bytes, checksum: 05262c3b4e23a11139d74ca351ff3adb (MD5) / Procedimentos de discretização que promovem o enriquecimento de subespaços de aproximação, para a solução de problemas de valor no contorno variacionais, permitem representar características como o contorno do domínio, descontinuidades dos campos incógnitos, singularidades, entre outras, independentemente das entidades da discretização, quer sejam elementos ou nós, em métodos baseados em malhas ou livres de malha. No entanto, funções seccionalmente contínuas, presentes em implementações convencionais, ainda representam um fator limitante na busca por melhores taxas de convergência, mesmo empregando enriquecimento. Questões sobre o padrão de enriquecimento e a transição entre porções do domínio enriquecidas e não enriquecidas foram apontadas como merecedoras de atenção em diversas investigações ao longo dos últimos anos. Neste sentido, o presente trabalho avalia a utilização de funções de aproximação arbitrariamente contínuas, construídas através do método generalizado de elementos finitos, em problemas de elasticidade plana envolvendo singularidade do campo de tensões, característicos da mecânica da fratura elástica linear. Primeiramente, o desempenho de tais funções suaves, tanto utilizando medidas de convergência globais quanto calculando parâmetros de severidade de trincas, é investigado mediante comparação com as respostas fornecidas por discretizações com funções minimamente conformes, ou seja, bases construídas com partições da unidade convencionais de elementos finitos. O método das forças configuracionais, elaborado segundo o formalismo da mecânica Eshelbiana, foi usado para o propósito de cálculo da severidade da trinca. Num estágio de pós-processamento da solução, as forças configuracionais que surgem na frente da trinca podem ser diretamente relacionadas a uma estimativa da integral J. Os resultados evidenciam a importância da continuidade da partição da unidade, na vizinhança de singularidades, à medida que a suavidade evita os saltos dos campos de tensões e permite melhor capturar as características das funções de enriquecimento. A continuidade permite a melhoria da solução tanto em medidas globais quanto em medidas locais mesmo aplicando o enriquecimento à menor quantidade possível de nós. Então, uma adaptação do método residual implícito em subdomínios é proposta. Considerando as próprias nuvens da abordagem em MGEF obtém-se medidas nodais de erro. A metodologia gera problemas, equacionados nas nuvens, com condições de contorno de Neumann triviais em virtude da localização do funcional residual com a partição da unidade. A continuidade dos campos de tensões favorece a determinação da excitação para tais problemas locais diretamente a partir da projeção do campo resíduo, em forma forte, sobre o subespaço gerado por funções de grau superior. O procedimento se mostra bastante adequado para soluções contínuas e, nos casos testados, apresenta efetividade local apropriada mesmo quando se utiliza apenas enriquecimento polinomial, indicando que o estimador é capaz de detectar os pontos onde se necessita de refinamento. Diversos melhoramentos são apontados como propostas de continuidade do trabalho devido à constatação de que as diversas ferramentas matem´aticas consideradas, em separado ou conjuntamente, podem ser aplicáveis em outras situações.<br> / Abstract : Discretization procedures which promote the enrichment of approximation subspaces, for the solution of variational boundary value problems, allow to represent some features as the domain boundary, discontinuities of the unknowns fields, singularities, among other, regardless of discretization entities, either the elements or nodes, in mesh-based or mesh-free methods. However, piecewise continuous functions, commonly used in conventional implementations, still are a hindrance factor in the searching for better convergence rates, even applying enrichments. Issues on enrichment pattern and transition between enriched and non-enriched portions of the domain were pointed as deserving attention by several investigations in the last years. In this sense, the present study assesses the use of arbitrarily continuous functions, built through the generalized finite element method, in plane elasticity problems with singularities in the stress field, typical of linear elastic fracture mechanics. Firstly, the performance of such smooth functions, in terms of both convergence of global values as well as crack severity parameters, is investigated through comparison with responses provided by discretizations using minimally conforming functions, i.e., bases built with conventional partitions of unity defined by finite element shape functions. The configurational forces method, derived following the formalism of Eshelbian mechanics, was used for computation of severity crack parameters. In a post-processing step, the configurational forces that arise at the crack tip are directly related to a J- integral estimate. The results point out the importance of continuity around the singularity since it avoids stress jumps and allows better capturing of the features of enrichment functions. The continuity enables improvements of solution in both global measures and local quantities, even applying singular enrichment to the possible minimum amount of nodes. Thus, an adaptation of the subdomain-based implicit residual method for error estimation is proposed. Considering the clouds as subdomains, it is possible to obtain nodalvalues of estimated error. The methodology produces local problems, formulated over the clouds, with homogeneous Neumann boundary conditions due to the localization of the residual functional using the partition of unity. The inherent continuity of the stress field motivates determining the excitation for such local problems directly from a projection of the residuum field, in strong form, on the subspace spanned by higher order functions. The procedure turns out to be quite appropriate for smooth solutions and, in the studied cases, it showed appropriate local effectivity even when only polynomial enrichment is used, indicating that the estimator is capable of detecting where refinement is necessary. Several improvements are pointed as proposals of future work due to finding that the mathematical tools used, considered separately or grouped, can be applied in other situations.