Resumo: A falha por fadiga é resultado de nucleação e propagação de trinca em consequência de um carregamento cíclico. Na indústria aeronáutica, em componentes como trens de pouso, a resistência à fadiga é um importante parâmetro a ser considerado em projeto, assim como resistência ao desgaste e à corrosão. O aço inox 15-5PH é aplicado em diversos componentes nos eixos estruturais do trem de pouso. A sua aplicação justifica-se devido a sua alta resistência mecânica e elevada resistência à corrosão. Contudo sua aplicação é restringida devido a sua baixa resistência ao desgaste, fazendo-se necessária a utilização de um tratamento superficial de endurecimento de superfície. O método de HVOF vem sendo considerado uma alternativa à eletrodeposição do cromo pela indústria aeronáutica, para aumento de resistência ao desgaste e à corrosão. Nesta pesquisa, é realizado o estudo do comportamento em fadiga do aço inoxidável 15-5PH tratado superficialmente em três condições: revestido com WC-13Co-4Cr, e WC-18Co por HVOF; e revestido com cromo eletrodepositado. O tratamento de shot peening foi aplicado com intuito de recuperar a resistência à fadiga nos materiais revestidos. Os ensaios de fadiga e a medida de tensões residuais proporcionam uma análise comparativa da resistência à fadiga dos revestimentos estudados. O presente trabalho tem como objetivo comparar a influência dos revestimentos WC-13Co-4Cr e WC-18Co, aplicados por HVOF, com revestimento de cromo eletrodepositado, na resistência à fadiga axial do aço inox 15-5PH, com intuito substituir o método de eletrodeposição do cromo pelo de HVOF. Os resultados mostram que o aço 15-5PH revestido com WC-13Co-4Cr por HVOF é o melhor sistema de revestimento a ser empregado considerando o desempenho em resistência à fadiga / Abstract: Fatigue failure is result of a crack initiation and propagation, in consequence of a cyclical load. In aeronautical industry, components as landing gear, the fatigue strength is an important parameter to be considered in project, as well as the corrosion and wear resistance. The 15-5PH stainless steel is applied on carrying axles in landing gear. The reason for its application is due to high mechanical strength, and corrosion resistance. Nevertheless the application of 15-5PH it‟s restricted due to low wear resistance, becoming necessary a hardening surface treatment. The method of HVOF has been considering the alternative to chromium electroplated by the aircraft industry, in order to improve the wear and corrosion resistance. This research present an evaluation of fatigue strength of 15-5PH stainless steel in three main conditions of surface treatments: coated by HVOF with WC-13Co-4Cr, and WC-18Co; and coated with chromium electroplated. The shot peening treatment was applied in order to restore the fatigue strength on coated materials. The fatigue tests and residual stress measurement were carried out to obtain a comparative analysis among coated materials. The main propose of this research is compare the influence of WC-13Co-4Cr, WC-18Co coated by HVOF, with chromium electroplated, on the fatigue strength of 15-5PH, in order to replace the electroplating method by HVOF. The results show that 15-5PH coated with WC-13Co-4Cr by HVOF is the best coating system to be applied considering the fatigue strength performance / Orientador: Herman Jacobus Cornelis Voorwald / Coorientador: Maria Odila Hilario Cioffi / Banca: Carlos de Moura Neto / Banca: Midori Yoshikawa Costa / Mestre

A substituição total de uma articulação de joelho é uma técnica amplamente usada para corrigir os danos irreversíveis na juntas originais, causadas por patologias como osteoartrite e artrite reumatóide. Com o aumento número de pacientes jovens e mais ativos, a evolução na técnica da substituição da articulação total de joelho visando desempenho de longo prazo passa a ser uma demanda crítica. Portanto, na tentativa de evitar as falhas prematuras e prolongar a vida em serviço como um todo, as modificações na bandeja tibial podem produzir erros fundamentais. O design da bandeja tibial é um importante fator, porque a sua fratura pode ocorrer em função de elementos geométricos da mesma, como raios de concordância e cantos vivos. A escolha do material e do processo de fabricação também são importantes. No tocante a rota de fabricação, pode ser visto que as ligas forjadas tem o maior limite de fadiga, se comparado com as obtidas pelo processo de fundição. Entretanto, a combinação das técnicas de desenho assistido por computador (CAD), engenharia assistida por computador (CAE) e manufatura assistida por computador (CAM) podem ser uma solução rápida e barata para alcançar melhores características das bandejas tibiais. Contudo, testes pré-clínicos devem ser executados para garantir que as bandejas tibiais não falharão prematuramente devido à fadiga. As técnicas de metalografia, microdureza e espectrometria foram empregadas neste trabalho com o objetivo de caracterizar metalurgicamente a liga de aço inoxidável atualmente empregada. A rugosidade superficial foi avaliada, assim como o número de ciclos para a iniciação das trincas. Com a utilização do método de elementos finitos, verificou-se o ponto de maior tensão e, aliado ao estudo de fractografia, foi determinado o modo de falha Os resultados indicaram que o material atualmente empregado não está em conformidade com todos os requisitos das normas vigentes, de forma que um material alternativo é sugerido. Com o objetivo de melhorar a resistência à fadiga sem apresentar problemas de ordem clínica, cinco geometrias foram propostas e os resultados da análise de tensões pelo método de elementos finitos indicaram um grande potencial de aumento da vida em fadiga.

Neste trabalho realiza-se um estudo abrangente das estruturas de veículos comerciais do tipo ônibus. Características específicas das partes que a formam; carroceria, chassi, suspensão; são apresentadas. A questão do empenamento de perfis com seção aberta, que eram utilizados em concepções estruturais antigas para este tipo de veículo, é analisada. Apresenta-se uma formulação para estimar a vida útil de um ônibus baseado no processo de fadiga provocado pelo deslocamento do veículo em vias com irregularidades. Esta formulação foi implementada num código computacional resultando numa ferramenta útil para tomar o projeto deste tipo de estrutura mais dinâmico e melhor fundamentado, apesar das simplificações adotadas. / A complete study of commercial vehicle structures such as a bus is accomplished in this work. Specific characteristic of different parts; suspension, chassis and body; are presented. Twísting of thin-walled open sections is also analysed. In spite of the assumed simplifications, a formulation to estimate the fatigue lifetime due to vibrations originated by road irregularities is presented as an useful tool for vehicle design.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-15T21:51:15Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T14:33:16Z : No. of bitstreams: 1 180822.pdf: 4437436 bytes, checksum: dcfd2b34b65ec99170d49f17d4dfd5eb (MD5)

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil. / Made available in DSpace on 2012-10-24T18:02:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 266711.pdf: 5626910 bytes, checksum: 2eb9cfd8887357fe1118002899317784 (MD5) / O objetivo principal desta pesquisa é avaliar a ação da água no módulo complexo e na fadiga de misturas asfálticas, formuladas com graduação densa. A distribuição percentual das frações granulares que compõem os esqueletos minerais foi calculada com a utilização da Equação de Fuller ou Talbot, ou seja, a partir de um procedimento racional. A distinção estabelecida quanto à composição das misturas asfálticas compreendeu a natureza dos materiais destinados às frações passantes e retidas na peneira de abertura 0,075mm, quais sejam: pó de brita e pó calcário. A avaliação das misturas asfálticas selecionadas para teste foi procedida com base nos critérios normativos franceses, devido os procedimentos executivos simularem a aplicação das cargas solicitantes da maneira mais próxima que ocorre no campo. Além disso, apresentam uma estreita relação campo-laboratório que confere credibilidade aos resultados obtidos. Para alcançar o objetivo mencionado, os seguintes ensaios foram executados: prensa de compactação por cisalhamento giratória (PCG), Duriez a 18ºC, deformação permanente, módulo complexo e fadiga. Adicionalmente, foram executados os ensaios Marshall e Lottman modificado, como forma de comparação ao Ensaio da PCG quanto aos procedimentos de dosagem, assim como a compacidade e, ao Ensaio de Duriez a 18ºC, no que diz respeito à avaliação da ação da água, respectivamente. Os ensaios de módulo complexo foram realizados com as misturas asfálticas tanto em estado seco quanto após a submissão de prévio condicionamento (ciclos alternados de imersão na água e secagem em estufa a 60ºC), enquanto os ensaios de fadiga foram procedidos da mesma forma que o de módulo complexo, porém, com a inclusão de uma etapa em que as amostras foram diretamente imersas na água, sem o citado prévio condicionamento alternado. Os resultados obtidos indicam que após os ciclos de secagem em estufa, precedidos dos ciclos de imersão na água (ambos a 60ºC), ocorre um aumento do módulo de rigidez das misturas asfálticas, em função do endurecimento do ligante betuminoso. Todavia, este endurecimento é caracterizado pelo processo de envelhecimento do material, o que provoca uma sensível diminuição da resistência à ruptura por fadiga das misturas asfálticas. Foram também observados descolamentos da película de ligante betuminoso nas interfaces do sistema granularmástique. Ainda, o pó calcário quando comparado ao pó de brita, mostrou ter um comportamento ativo mais eficiente, levando em conta a análise global dos resultados obtidos. Estas condições abordadas foram bem evidenciadas em um dimensionamento simulado, tendo como base a metodologia francesa desenvolvida pelo Sérvice d#Études Techniques des Routes et Autoroutes (SETRA) em conjunto com o Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC), com o auxílio de ferramenta computacional de cálculo (EVERSTRESS 5.0). As diferentes formas de condicionamento dos corpos de prova desempenharam um papel relevante sobre o dimensionamento das estruturas de pavimento. O condicionamento alternado conduziu a um aumento muito significativo (mais de 20%) das espessuras das camadas betuminosas. The main objective of this research is to evaluate the water action in the complex modulus and in the fatigue of dense hot asphalt mixes, formulated with dense gradation. The percent distribution of the granular fractions that compose the mineral skeletons was calculated with the use of Fuller#s or Talbot#s Equation, i.e., by a rational procedure. The difference established on the asphalt mixes composition comprised the nature of the materials concerned to the fractions passing by and retained on the sieve size of 0,075mm, such as: granitic and limestone powders. The evaluation of the asphalt mixes selected to be tested was based on the French standardized criteria, due to the executive procedures simulate the loading applications closest to the occurrence in the field. Furthermore, they have a narrow field-laboratory rate, which gives more reliability to the results obtained. For achieving the objective mentioned, the following tests: gyratory compacting shear press (PCG), Duriez at 18ºC, rutting, complex modulus and fatigue. In addition, they were executed the Marshall and Modified Lottman tests, for comparing the dosage procedures with that of the PCG test, as well as the compacity results, and to the Duriez test at 18ºC, regarding the evaluation of the water action, respectively. The complex modulus tests were executed with the asphalt mixes as in dry state as after have been submitted to a previous conditioning process (alternated cycles of immersion in water and heating into the stove at 60ºC), while the fatigue tests were proceeded from the same way that those of complex modulus, with the inclusion of a stage in which the specimens were directly immersed in water, without the previous alternated conditioning mentioned earlier. The results obtained indicate that after the heating cycles into the stove, preceded of those of immersion in water (both at 60ºC), there is an increase of the asphalt mixes# stiffness modulus, due to the hardening of the asphalt binder. However, this hardening is characterized by the aging process of the material, which causes a sensible reduction of the asphalt mixes# fatigue collapse resistance. It was also observed the detachment of the asphalt binder film from the interface of the granular-mastic systems. In addition, the limestone powder when compared to the granitic powder has shown the most efficient active behaviour, taking into account the overall analyses concerning the results obtained. These approached situations were well evidenced by a simulated design based on the French methodology developed by the Sérvice d#Études Techniques des Routes et Autoroutes (SETRA) together with the Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC), with the aid of a computerized calculus tool (EVERSTRESS 5.0). The different conditioning processes of the specimens have developed a relevant role on the pavement design. The previous alternated conditioning led to a very significant increase (up to 20%) of the thicknesses concerning the bituminous layers.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T05:50:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 241511.pdf: 1948485 bytes, checksum: 482ee6f1081d30cc2601b2a9751be506 (MD5)

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2007 / Made available in DSpace on 2012-10-23T09:15:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 272808.pdf: 2495432 bytes, checksum: 7a250af5b945776ff38e2e68cac5b375 (MD5) / Com o intuito de reduzir o consumo de combustível dos motores, as indústrias automotivas procuram desenvolver produtos cada vez mais leves e ao mesmo tempo mais resistentes. Neste contexto o projeto e a fabricação de componentes que serão submetidos a condições severas de serviço, devem ser tais que atendam aos requisitos estabelecidos. Para tanto é necessário conhecer claramente as características dos processos de fabricação utilizados, bem como a interação das variáveis envolvidas. No caso específico de virabrequins, os quais operam sob elevadas solicitações cíclicas, diversos processos são necessários até a obtenção da geometria final. Dentre estes processos destaca-se o roleteamento profundo (deep-rolling, galetage, Festwalzen). Esta operação é realizada com o objetivo de elevar a resistência à fadiga do virabrequim e também corrigir empenamentos oriundos da própria operação de roleteamento bem como dos processos de usinagem. Basicamente é um processo de conformação mecânica, no qual são utilizados roletes-ferramenta responsáveis por induzir tensões residuais compressivas em camadas próximas à superfície do raio de concordância dos mancais e munhões do virabrequim. Devido ao estado de tensões residuais compressivas, esta região apresenta um aumento da dureza e resistência mecânica. Como o virabrequim possui uma geometria relativamente complexa e, ao aplicar uma determinada força as deformações resultantes não apresentam uma direção preferencial é de extrema importância identificar a correlação existente entre as variáveis do processo, principalmente no que diz respeito à força de roleteamento. Diversos autores têm desenvolvido pesquisas a respeito do roleteamento de virabrequins há vários anos. Porém, na maioria dos casos a seleção dos parâmetros do processo é realizada empiricamente e em grande parte, baseada na experiência de operadores. Motivado pela necessidade de um melhor entendimento do processo, o trabalho apresenta os resultados de um levantamento de dados a respeito da operação e, através da aplicação de diferentes níveis de força de roleteamento foi realizada uma avaliação do comportamento geométrico do virabrequim bem como do raio de concordância. / In order to reduce the fuel consumption in automotive motors, manufacturers search for development of not only lighter but also more resistant products. This way, the design and manufacturing of components that will be submitted to severe work conditions must attend to established requirements. Thus, it is necessary to know clearly both characteristics of manufacturing process and interaction of variables involved. For the crankshaft, which operates under high alternate stresses, several manufacturing processes are necessary to obtain definite geometry. Among these processes deep-rolling (galetage, Festwalzen) earns eminence, once this operation is performed aiming to increase the fatigue life of crankshaft and to correct run-outs derived from machining process and own operation. Basically it is a forging process, in which rollers are responsible for inducing residual stresses on layers next to surface of fillet radius of crankshaft bearings and journals. Due to the condition of compressive residual stresses, this area shows an enlargement of hardness and mechanical strength. Crankshaft shows relatively complex geometry and, at the moment of force application the resultant deformations do not show a preferential direction. For this reason it is very important to identify the correlation existent among process variables, mainly related to deep-rolling force. Several authors have developed researches related to deep-rolling of crankshafts since years ago. However, in most of cases the selection of process parameters is conduced empirically and also, based on experience of operators. Motivated by need better understanding of the process, this work exhibit the results of collected data related to deep-rolling process. Through the application of different configurations for deep rolling force, an evaluation of the geometry behaviour of crankshaft as well as fillet radius was also developed.

[pt] O presente trabalho da modelagem da fadiga plástica oligocíclica de barras também conhecida na literatura como fadiga de baixo ciclo. O modelo unidimensional proposto é desenvolvido a partir dos princípios básicos da Mecânica do Dano Contínuo. Seu principal objetivo é considerar a influencia de vários fenômenos complexos – como a história da deformação plástica, a viscosidade, o endurecimento e o amolecimento cíclico induzido pela deformação plástica acumulada – na vida da estrutura. As equações constitutivas, usadas ao longo do trabalho, formam um sistema de equações diferenciais ordinárias não-lineares e, para um conjunto de condições iniciais dado, a solução é aproximada usando-se um método preditor corretor de quarta ordem com passo variável. O modelo proposto é estudado através da análise da vida de uma barra de aço inoxidável 316L submetida a carregamentos de tensão não monotonicos à temperatura ambiente (20 graus Celsius). Para carregamentos de tensão cíclica com amplitude constante e tensão média nula, as vidas computadas encontram-se em muita boa concordância com aquelas obtidas pelo método E – N clássico. Uma das principais vantagens do modelo proposto é que pode ser facilmente estendido a um contexto tridimensional, o que só pode ser feito no método E – N mediante fortes hipóteses, restritivas. Espera-se assim, que no futuro, este modelo de dano contínuo possa ser usado como uma ferramenta simples e acurada no projeto de estruturas mecânicas, tornando-as mais baratas, seguras e confiáveis. / [en] The present work is concerned with the modeling of the low-cycle fatigue of elasto-viscoplastic bars. The proposed unidimensional model is developed in the framework of the Continuum Damage Mechanics and takes into account the influence of many complex pehnomena (such as the history of plastic deformation, the viscosity and the cyclic hardening induced by the cumulated plastic doformation) in the life of the structure. The resulting governing equations form a nonlinear system of ordinary differential equations and, for a given set of initial conditions, the solution is approximated by using a fourth order predictor-corrector finite difference schme with variable time steps. The proposed model is checked by analysing the life of a 316L stainless steel bar subjected to non monotonic loadings at room temperature (20 degress Celsius). For cyclic stress loadings with constant amplitude and zero men stress, the computed lifes are in very good agreement to those obtained by the classical E – N method. One of the main features of the proposed model is that it can be easily extended to a tridimensional context, what is not an easy task in the case of the classical methods. So, in the future, this continuum damage model may be used as an reasonably simple tool in the sesign of mechanical structures making them more safer and reliable.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2018. / Submitted by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-10-04T22:03:38Z No. of bitstreams: 1 2018_LucianodePaulaRodrigues.pdf: 3728505 bytes, checksum: 08c93aaad671f0e9b77bcfe80b6ccbd7 (MD5) / Approved for entry into archive by Fabiana Santos (fabianacamargo@bce.unb.br) on 2018-10-09T20:40:34Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2018_LucianodePaulaRodrigues.pdf: 3728505 bytes, checksum: 08c93aaad671f0e9b77bcfe80b6ccbd7 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-09T20:40:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2018_LucianodePaulaRodrigues.pdf: 3728505 bytes, checksum: 08c93aaad671f0e9b77bcfe80b6ccbd7 (MD5) Previous issue date: 2018-10-09 / O presente trabalho utiliza técnicas MBS e MEF para avaliação de fadiga da bandeja inferior de uma suspensão independente do tipo Duplo “A”, visando a proposição de uma metodologia capaz de representar de maneira simplificada um perfil de pista experimental a partir de um sinal teórico, composto por parcelas senoidais. Para tanto, primeiro se realiza uma avaliação sobre o conjunto mola – amortecedor para obtenção da curva de amortecimento deste componente, com a utilização de uma bancada de testes desenvolvida para este fim. Em seguida, o sistema de suspensão é modelado em ambiente multicorpos, onde se desenvolve uma análise dinâmica do componente para aquisição do histórico de carregamento da estrutura. O método dos elementos finitos é empregado para modelagem da bandeja e análise de fadiga, para a qual é desenvolvido o Diagrama S-N utilizando-se do perfil de pista experimental e teórico. / This paper uses MBS and MEF techniques to evaluate fatigue life for the lower control arm of an independent Double “A” suspension, aiming the proposition of a methodology capable of representing, in a simplified way, an experimental road profile from a theoretical signal, composed of sinusoidal components. So, an evaluation of a shock absorber was carried out to obtain the damping curve of this component, using the test bench developed for this purpose. Then, the suspension system was modeled in a multibody environment, where a dynamic analysis was performed to acquire the load history of this structure. The Finite Element Method was used for modeling the lower control arm and to carry out the fatigue analysis. The S-N diagram was developed using the experimental and theoretical road profile.

Aços de alta resistência mecânica, aspergidos termicamente, são os materiais mais adequados para garantir o bom desempenho de certos componentes de plataformas offshore, expostos a situações severas de carregamento em água do mar. A literatura apresenta vários estudos relativos ao efeito combinado entre esforços mecânicos e o meio agressivo, em aços de alta resistência, entretanto, poucos avaliam o desempenho desses aços aspergidos metalicamente. A susceptibilidade à corrosão sob tensão e à corrosão-fadiga, de um aço de alta resistência mecânica aspergido termicamente, empregado em componentes de plataformas offshore, foi avaliada mediante as técnicas de ensaio de tração com baixa taxa de deformação, ensaio de fadiga por flexão em três pontos e metalografia da fratura. Os ensaios foram realizados em água do mar sintética ao potencial de corrosão e à um potencial catódico, utilizando-se amostras de aço revestidas termicamente com zinco e alumínio pelo processo de aspersão com plasma spray. O comportamento de amostras ensaiadas ao ar foi usado como parâmetro para avaliação do desempenho do aço em água do mar. Os resultados obtidos indicam que o aço revestido é susceptível à corrosão sob tensão e à corrosão fadiga em água do mar, sendo que o mecanismo de fragilização envolve a ruptura prematura dos revestimentos e a participação do hidrogênio.