Durante os processos de inspeções e avaliações de integridade, cabe ao engenheiro decidir sobre a rejeição ou aprovação de defeitos encontrados em uma estrutura.Nestas circunstâncias, a padronização de procedimentos vinculados à mecânica da fratura tende a aumentar a disponibilidade operacional, reduzir o número de intervenções e garantir alto grau de segurança. Desta forma, apresentamos neste texto dois procedimentos para determinação do fator de intensidade de tensões. Primeiramente, será utilizado o procedimento inglês BS-7910 posteriormente, o fator de intensidade de tensões será obtido através do método de elementos finitos. Os resultados são comparados e discutidos possibilitando assim, razoável contribuição nas avaliações pela mecânica da fratura.

Este trabalho trata da aplicação do conceito de elemento singular híbrido na determinação dos fatores de intensidade de tensão e da tensão T em sólidos isotrópicos, sujeitos a um estado plano de tensões ou a um estado plano de deformações. Inicialmente é feita uma breve revisão da aplicação do método de elementos finitos na mecânica da fratura, ressaltando a necessidade da utilização dos elementos finitos singulares. Todas as etapas envolvidas na formulação do superelemento singular híbrido de equilíbrio, introduzido por Tong et al. (85), são detalhadamente desenvolvidas. A formulação abrange superelementos com funções de interpolação lineares, bilineares e quadráticas, possibilitando a sua utilização com vários elementos convencionais formulados pelo método dos deslocamentos. Um código computacional foi implementado e o método aplicado na análise de várias configurações típicas de placas retangulares com trincas, inclusive um painel com reforçadores. Os resultados obtidos apresentam boa concordância com dados da literatura. Por último, é realizada uma comparação com métodos que utilizam os elementos finitos distorcidos ("quarter-point elements"), confirmando a maior precisão dos resultados obtidos com o uso dos elementos singulares híbridos.

Neste trabalho foram avaliadas três condições de soldagem por resistência em um compósito híbrido de fibra de vidro e fibra de carbono com matriz de PPS. Os métodos utilizados para caracterizar a soldagem foram: 1 - Avaliação da tenacidade à fratura interlaminar em modo I da junta soldada pela técnica DCB; 2 - Avaliação da resistência ao cisalhamento interlaminar através do ensaio de flexão em 3-pontos em vigas curtas; 3 - Inspeção não-destrutiva pelo método de ultrassom; 4 - Avaliação micrográfica da seção soldada; e 5 - Análise de falha da superfície de fratura. Das propriedades avaliadas, GI e cisalhamento interlaminar, os corpos-de-prova soldados apresentaram características que se situaram entre as condições de referência (laminados sólidos produzidos em autoclave e laminados sólidos produzidos por co-consolidação). Em termos do ensaio de tenacidade à fratura interlaminar em modo I os resultados permitiram avaliar a qualidade da soldagem nesse modo de solicitação.

Determinação do fator intensidade de tensões numa casca cilíndrica com trinca longitudinal, considerando a Mecânica da fratura linear elástica e utilizando o método de Elementos Finitos. Na extremidade da trinca foi utilizado um elemento distorcido (quarter-point element) retangular.

Nesse trabalho desenvolve-se um procedimento analítico aplicado à análise de integridade estrutural. As condições estudadas e avaliadas são aquelas em que predomina um processo de instabilidade dúctil. O trabalho é desenvolvido a partir do modelo ETM (Engineering Treatment Model), e as formulações desenvolvidas descrevem o comportamento das curvas de força motriz em termos da Integral-J. Modificações são introduzidas considerando-se que as propriedades do material são bem representadas pela expressão constitutiva de Swift: s = A (e0 + e)n. Sendo assim, o encruamento inicial (e0) torna-se um parâmetro adicional de análise de integridade de estruturas trincadas. Além disso, a tensão efetiva é dada em função da anisotropia normal R do material, possibilitando assim, incorporar esse efeito na análise. Um procedimento alternativo simplificado via Diagrama de Análise de Falhas (FAD) também é apresentado. A avaliação do desempenho do modelo apresentado é feita através da comparação entre os valores previstos com aqueles obtidos experimentalmente para a liga de alumínio 5083F, utilizando CDP's do tipo compacto (CT) e comprimentos relativos de trincas: a/W = 0,51 e a/W = 0,55. Avalia-se as condições de instabilidade através das metodologias EPRI e ETM, comparando-as com a proposta no presente trabalho. A partir das simulações e dos resultados obtidos comprova-se a validade da metodologia proposta.

A pesquisa contribui na estruturação de um modelo que possa ser aplicado ao projeto de restauração de pavimentos severamente trincados com o uso de sistemas anti-reflexão de trincas. Foram considerados dois sistemas usuais: camada de desvio de trincas com membrana intermediária de geotêxtil impregnado por asfalto, e camada intermediária de absorção de tensões através de grelha polimérica. A quantificação do desempenho obtido com a inserção dessas camadas intermediárias em relação ao desempenho da técnica convencional de recapeamento simples em concreto asfáltico foi feita de duas formas. Na primeira, ensaios de fadiga dinâmicos foram executados em vigotas prismáticas concebidas de modo a simular um pavimento trincado que tenha sido restaurado através de uma das técnicas aqui avaliadas, com aplicação de carga em duas posições críticas em relação à trinca subjacente: flexão e cisalhamento. Na segunda, um trecho experimental foi implantado em uma rodovia para estudo do desempenho relativo de seções restauradas com e sem o uso de membrana intermediária de geotêxtil. Os ensaios de laboratório mostraram que os principais fatores estruturais envolvidos (carga aplicada, abertura da trinca subjacente) não afetaram significativamente o Fator de Efetividade (incremento da vida de fadiga em relação ao recapeamento simples), sendo possível atribuir um fator igual a 5 para a grelha polimérica e um fator por volta de 2 para o geotêxtil. Enquanto o efeito do geotêxtil na posição cisalhante de carregamento foi pequeno (fator entre 1,3 e 1,6), o efeito da grelha foi significativo (fator entre 4,45 e 6,14). A grelha é mais recomendável, portanto, para situações onde a atividade das trincas seja elevada e a camada trincada seja mais espessa. O desempenho do trecho experimental confirmou o fator de efetividade de laboratório para as seções restauradas com o uso de geotêxtil, no que diz respeito ao trincamento por reflexão da camada asfáltica de recapeamento. Com relação aos mecanismos envolvidos na ação das camadas intermediárias aqui avaliadas, foram confirmadas observações de outros estudos com relação ao redirecionamento para a horizontal da trinca de reflexão no caso do geotêxtil. A ação da grelha foi no sentido de impedir a formação de uma única trinca de reflexão que monopolizasse a dissipação de energia em sua extremidade, forçando, ao contrário, o surgimento de muitas microfissuras distribuídas sobre um volume maior dentro da camada, com padrão errático de propagação, menores velocidades de crescimento e menor severidade. A simulação do ensaio através do Método dos Elementos Finitos explica o mecanismo observado em laboratório.

As recentes descobertas de reservas de petróleo no pré-sal, representam uma grande oportunidade e desafio para a Petrobrás e demais indústrias de exploração e extração do petróleo. As exigências quanto aos materiais mais resistentes à corrosão e que conciliam boa resistência mecânica são cada vez maiores, devido aos constantes esforços dinâmicos que os equipamentos estarão sujeitos, pois os componentes estruturais serão submetidos à grande lâmina de água, ocorrência que as companhias exploradoras terão que superar. A otimização de materiais e equipamentos que podem melhorar a performance nas explorações do pré-sal tem sido a grande busca do setor nos últimos anos, muitos deles precisam ser testados e atestados quanto sua resistência à propagação de trincas, uma vez que, serão submetidos a oscilações devido as movimentações das marés e as condições de alta severidade a que serão expostos. Para suportar as condições de exposições com H2S, resistência a corrosão por pitting e resistência mecânica, porcas e parafusos têm sido fabricados com o Inconel 625, essas peças são estruturais e de extrema importância para a prospecção do petróleo. Após todas as etapas de fabricação, conformação, tratamento térmico e laminação a frio, o material foi caracterizado, realizou-se ensaio de metalografia que apresentou tamanhos de grão 7 e 8 conforme norma ASTM E112. Uma das premissas para a realização desse trabalho está nas condições que o material será exposto em situações acidentais, conforme informações da própria Petrobrás, em caso de vazamentos, os do tipo estruturais podem ser submetidos a temperaturas criogênicas de -100°C, -120°C e até -190°C devido ao vazamento de gases. Assim, o material foi caracterizado em temperaturas criogênicas através dos ensaios de tração, impacto e de CTOD. No ensaio de tração foi observado para as diferentes temperaturas criogênicas que apesar do aumento na resistência do material, da ordem de 787 MPa, o Inconel 625 manteve um alongamento acima de 40%. Nos resultados de Impacto a tenacidade se manteve acima de 200 J e não foi notada a curva de transição dúctil-frágil, mesmo para temperaturas tão baixas. No ensaio de CTOD utilizou-se corpos de prova de flexão (SENB) no ensaio de tenacidade à fratura, de acordo com a norma ASTM E1290.A componente plástica da abertura da boca do entalhe na temperatura de -190°C, pior caso, se manteve em 1,52 mm em média. Mediante a todos os resultados obtidos, pode-se afirmar que o aumento da resistência do Inconel 625 pelo processo de encruamento, não impossibilita sua aplicação para temperaturas criogênicas, mantendo sua capacidade de se deformar apreciavelmente antes de se romper. / Recently oil and gas discoveries in the Pre-Salt layer represent a huge exploration potential in Brazil, however, the technological challenges for the exploitation of these mineral resources are immense and therefore have motivated the development of studies looking for efficient methods and materials for their productions. The requirements about materials more corrosion resistance and mechanical resistance have been more frequently, as a result of high deep layer to explore the petroleum. The materials and equipment optimization to improve the performance in the pre-salt exploration have been the big search for oil and gas companies in the last years, but this materials must be testing in the crack propagation, because, this materials must resistance by oscillations, as consequence of ocean movements and others difficult situations that the materials must be support. To support H2S conditions, corrosion resistance by pitting corrosion and high mechanical resistance, bolts and nuts have been manufactured with Inconel 625, these products are structural and they are extreme importance to petroleum exploration. After all manufacturing operations, hot worked heat treatment and cold worked, the material was studied, and it was realized micrographic testing that result in grain size 7 and 8, in accordance ASTM E112 standard. One of premise to realized this paper are in the conditions that the material will be supported in accident situations, in agreement of Petrobras information, in the gases scape accidents, the structure materials can be exposed in cryogenically temperatures of -100°C, -120°C until -190°C. Therefore, the material was studied in cryogenically temperatures throw tensile testing, impact testing and CTOD. In the tensile testing was noted to different kind of cryogenically temperatures, same with more mechanical resistance, 787 MPa yield strength, the Inconel 625 has kept the 40% elongation. In the impact testing the notch toughness as kept above 200 J and it was not seen the transition ductile-Brittle in the low temperatures. In the CTOD testing was used bending test specimens (SENB) in the fracture toughness test for the Inconel 625, in agreement with the ASTM E1290 standard. The specimens was testing in tension and CTOD test in low temperatures: -100°C, -120°C and -190°C.The Clip gage displacement was recorded in the -190°C temperature with 1,52 mm average, this is the worse situation. Analyzing all the results, can be considered that the growth mechanical resistance of Inconel 625 by cold worked process, allow your application with cryogenically situations and the material has kept your ability to be well deformed before the crack.

O objetivo desta pesquisa foi verificar a influência de diferentes tamanhos de partículas de carga na tenacidade à fratura (KIc), nos parâmetros do crescimento subcrítico de trinca (n e f0) e de Weibull (m e 0), na longevidade estimada pelo diagrama tensão-probabilidade-tempo (SPT) e no limite de fadiga cíclica (LFC) de compósitos resinosos experimentais. Quatro compósitos foram preparados contendo 78% em massa (59% em volume) de conteúdo inorgânico, constituído por 67% de pó de vidro com diferentes tamanhos de partículas (d50 = 0,5; 0,9; 1,2 e 1,9 µm) e 11% de sílica pirogênica. Dados de KIc obtidos pelo método single-edge notched beam (25x5x2,8 mm; n=15) foram submetidos a ANOVA/teste de Tukey (p < 0,05). n e f0 foram determinados através do ensaio de fadiga dinâmica (10-2 a 102 MPa/s) utilizando um dispositivo de flexão biaxial (12x1,2 mm; n=10). Para determinar m e 0, mais 20 espécimes de cada compósito foram testados na taxa de 100 MPa/s. Os diagramas SPT foram obtidos a partir dos dados da fadiga dinâmica e análise de Weibull. No ensaio de fadiga cíclica, um dispositivo de flexão biaxial (12x1,2 mm) foi utilizado para se obter a resistência à flexão inicial (RFI; n=14) e o LFC (n=20). LFC foi obtido pelo método escada após 105 ciclos. Para todos os testes, os espécimes foram armazenados em água destilada a 37oC por 24h. Foi realizada a fractografia dos espécimes fraturados nas taxas 10-2 e 10-1 MPa/s da fadiga dinâmica e nos ensaios para determinação da RFI e LFC. Houve relação direta entre d50 e KIc (C0,5: 1,2±0,1b; C0,9: 1,3±0,1ab; C1,2: 1,3±0,1ab; C1,9: 1,4±0,2a, em MPa.m0,5). C0,5 (31,2±6,2a) e C1,9 (34,7±7,4a) apresentaram valores de n superiores a C0,9 (20,3±3,0b) e C1,2 (17,3±1,8b). C1,2 (166,42±0,01a) apresentou o maior valor de f0 (em MPa), seguido pelo C1,9 (159,82±0,02b), C0,9 (159,59±0,02c) e C0,5 (158,40±0,02d). Não houve diferença estatística entre os valores de m (6,6 a 10,6) e 0 (170,6 a 176,4 MPa) dos compósitos. As reduções na tensão de fratura para uma probabilidade de falha de 5% após 10 anos estimadas pelo diagramas SPT foram de aproximadamente 22% para C0,5 e C1,9 e 36% para C0,9 e C1,2. Não houve diferença estatística entre as médias de RFI (155,4 a 170,7 MPa). C0,5 (93,0±18,6a) apresentou o maior LFC (em MPa), seguido pelo C1,2 (91,8±11,1ab), C1,9 (87,2±3,0b) e C0,9 (82,5±8,0c). Defeitos sub-superficiais e superficiais foram as principais origens de fratura. A trinca se propagou pela matriz polimérica ao redor das partículas (deflexão de trinca) e todas as superfícies apresentaram características de fratura frágil. Como conclusão, compósitos com partículas maiores apresentaram maior KIC, enquanto que partículas menores contribuíram para um maior LFC. Compósitos com distribuição granulométrica mais ampla, independentemente do d50, apresentaram maior resistência ao SCG. Nos demais parâmetros e propriedades avaliados (m, 0 e RFI) não houve influência do tamanho das partículas. / The aim of this study was to verify the influence of different filler sizes in the fracture toughness (KIc), subcritical crack growth (n e f0) and Weibull (m e 0) parameters, longevity estimated by the strength-probability-time (SPT) diagram and cyclic fatigue limit (CFL) of experimental resin composites. Four composites were prepared, each one containing 78 w% (59 vol%) of inorganic content, in which 67 w% were glass powder with different filler sizes (d50 = 0.5; 0.9; 1.2 e 1.9 µm) and 11 w% were pyrogenic silica. KIc data was obtained by the single-edge notched beam test and submitted to ANOVA/Tukey tests (p < 0.05). n and f0 were determined by the dynamic fatigue test (10-2 a 102 MPa/s) using a biaxial flexural device (12x1.2 mm; n=10). 20 specimens of each composite were tested at 100 MPa/s to determine Weibull parameters. SPT diagrams were constructed using the dynamic fatigue and Weibull data. For the cyclic fatigue test, a biaxial flexural device (12x1.2 mm) was used to obtain the initial flexural strength (IFS; n=14) and CFL (n=20). CFL was determined by staircase method after 105 cycles. For all tests, the specimens were stored in distilled water at 37oC for 24h. It was done the fractography of the fractured specimens that was subjected to the 10-2 e 10-1 MPa/s rates of the dynamic fatigue and to the IFS and CFL tests. There was a direct relation between d50 e KIc (C0.5: 1.2±0.1b; C0.9: 1.3±0.1ab; C1.2: 1.3±0.1ab; C1.9: 1.4±0,2a, in MPa.m0,5). C0.5 (31.2±6.2a) and C1.9 (34.7±7.4a) presented higher n values than C0.9 (20.3±3.0b) and C1.2 (17.3±1.8b). C1.2 (166.42±0.01a) showed the highest f0 value (in MPa), followed by C1.9 (159.82±0.02b), C0.9 (159.59±0.02c) and C0.5 (158.40±0.02d). There were no statistical differences among the m (6.6 to 10.6) and 0 (170.6 to 176.4 MPa) values of the composites. The reductions in fracture stress at 5% failure probability for a lifetime of 10 years estimated by the SPT diagrams were approximately 22% for C0.5 and C1.9 and 36% for C0.9 and C1.2. There were no statistical differences among the IFS means (155.4 to 170.7 MPa). C0.5 (93.0±18.6a) showed the highest CFL (in MPa), followed by C1.2 (91.8±11.1ab), C1.9 (87.2±3.0b) and C0.9 (82.5±8.0c). Near-surface and surface flaws were the main fracture origins. The crack propagated by the polymeric matrix around the fillers (crack deflection) and all the fracture surfaces showed brittle fracture features. As conclusion, composites with large fillers presented the highest KIC, while the small fillers contributed to increase the CFL. Composites with broader granulometric size distribution, regardless of d50, showed higher resistance to SCG. There was no influence of the composites filler sizes in the others parameters and properties evaluated (m, 0 and IFS).

Desde o início dos anos 70, novos conceitos de mecânica da fratura foram desenvolvidos para explicar o comportamento das rochas. A tenacidade à fratura foi medida e considerada como uma propriedade intrínseca importante da rocha, a qual indica a magnitude da resistência à fratura ou sua habilidade para resistir à propagação da trinca. A mecânica da fratura foi amplamente aplicada em operações de desmonte por explosivos, fraturamento hidráulico, fragmentação mecânica, análise da estabilidade de taludes, geofísica, mecânica de terremotos, na energia de extração geotermal e em outros problemas práticos. Salienta-se que ela é também relevante em tectônica, na tecnologia de recuperação e armazenamento de energia e na engenharia de rochas. Nas últimas três décadas, diversos métodos para estudar a propagação da fratura no modo I foram desenvolvidos e uma série de artigos foi escrita para aumentar o conhecimento da tenacidade à fratura das rochas no modo I. Um grande número de metodologias de ensaio da tenacidade à fratura tem aparecido na literatura. Alguns procedimentos de ensaio para a determinação da tenacidade à fratura em rochas no modo I foram padronizados pela ISRM em 1988 e em 1995. Entretanto, estes métodos de ensaio apresentam algumas dificuldades relacionadas à preparação do corpo de prova, à complexidade da instalação e à interpretação e validade dos resultados. O objetivo deste estudo é o de comparar os métodos sugeridos pela ISRM com outros métodos sugeridos por outros pesquisadores. Alguns ensaios não padronizados podem ser úteis se conduzirem a resultados confiáveis e se seus procedimentos forem mais simples do que aqueles sugeridos pela ISRM / Since early 1970's new fracture mechanics concepts have been developed to explain rock fracture behavior. Fracture toughness has been measured and considered as an important intrinsic property of rock indicating the magnitude of fracture strength or its ability to resist crack propagation. Rock fracture mechanics has been widely applied to tectonics, energy recovery and storage technology and rock engineering. It is relevant in blasting, hydraulic fracturing, mechanical fragmentation, rock slope analysis, geophysics, earthquake mechanics, geothermal energy extraction and many other practical problems. Over the last three decades, several methods for studying the mode I fracture propagation have been developed and a series of papers have been written to increase the knowledge of the mode I fracture toughness in rocks. A great number of fracture toughness testing methodologies have appeared in the literature. Some related mode I rock fracture toughness test procedures have been standardized by ISRM in 1988 and in 1995. However, these testing methods present some relative difficulties in sample preparation, set-up complexity, interpretation and results trustworthiness. The aim of this study is to compare the fracture toughness ISRM suggested testing methods with other suggested methodologies for other researchers. Some of the non-standardized tests may be useful, if they lead to reliable results, and if their procedures are simpler than those suggested by ISRM

O presente trabalho desenvolve uma formulação do Método dos Elementos de Contorno para análise de problemas tridimensionais de fraturamento no regime transiente. Utilizam-se as soluções fundamentais da elastostática para obter a matriz de massa, empregando-se o Método da Reciprocidade Dual e a discretização do domínio por células tridimensionais. Para a integração no tempo são utilizados os algoritmos de Newmark e Houbolt. O fenômeno do fraturamento é abordado através da consideração de um campo de tensões iniciais, introduzindo-se o conceito de dipolos de tensão. Os tensores desenvolvidos que se relacionam aos dipolos, derivados das soluções fundamentais, são também apresentados. É utilizado o modelo de fratura coesiva. O contorno é discretizado utilizando-se elementos triangulares planos com aproximação linear, e elementos constantes para a superfície fictícia de fraturamento. São feitas várias aplicações cujos resultados obtidos confirmam a importância e a adequação da formulação apresentada para os problemas propostos. / This work presents a Boundary Element Method (BEM) formulation for analysis of three-dimensional fracture mechanics transient problems. Elastostatics fundamental solutions are considered in order to obtain the mass matrix, using both Dual Reciprocity Method and three-dimensional cell discretization. Newmark and Houbolt algorithms are employed to evaluate the time integrals. The fracture effects are captured by using dipoles of stresses, derived from an initial stress field. The tensors related to those dipoles, developed in the present work, are presented. The cohesive crack is the adopted model. Body boundary is discretized though linear flat triangular elements and the fracture surfaces are approximated by constant flat triangular elements. Some applications are processed to show the efficiency of presented BEM formulations.