Componentes mecânicos conformados, possuem maior resistência quando comparados aos produzidos por outros processos de fabricação como fundição ou usinagem. Entre os motivos está a heterogeneidade de sua estrutura resultante da orientação da fibragem. Isto se deve pelo fenômeno de anisotropia que o processo de conformação induz ao material. Sabendo desta afirmação, muitas vezes, projetistas se perguntam o quanto esta orientação representa na resistência e na vida de um componente ou se esta não estiver adequada ao projeto do componente, o quanto poderá comprometer seu desempenho. Este trabalho compara quantitativamente através de ensaio de fadiga flexo rotacional em corpos de prova forjados a quente a influência da orientação da fibragem, simulando uma configuração adequada, isto é, com a fibragem disposta longitudinalmente e orientada no sentido de laminação e uma configuração não adequada, com a fibragem disposta transversalmente a 90° do sentido de laminação. Por fim para efeito de comparação foram testados corpos de prova usinados diretamente da barra laminada, com sua fibragem disposta longitudinalmente para verificar qual o impacto desta situação frente ao processo de forjamento a quente. Os resultados dos testes demonstram a importância deste estudo, pois fica comprovado que os corpos de prova forjados com a fibragem disposta longitudinalmente no sentido de laminação, apresentaram uma vida a fadiga superior as demais configurações testadas. Já as demais configurações apresentaram valores semelhantes nos testes de fadiga. / Mechanical formed components have greater resistance when compared with those produced by other manufacturing processes such as casting or machining. Among the reasons is the heterogeneity of its structure resulted from the grain flow orientation. This is due to the anisotropy phenomenon which forming process induces to the material. This statement knowledge often, make designers wonder how this orientation is related to the component resistance and life, or if it is not appropriate to the component design how it could implicate on their performance. This study compares quantitatively by rotational flexing fatigue test the grain flow orientation influence on forged specimens, simulating a suitable configuration, i.e. with the grain flow orientation longitudinally disposed and oriented to the rolling direction and another with a non-adequate configuration, with the grain flow orientation 90° transversely disposed to the rollin g direction. Lastly specimens machined from the rolled bar were tested for comparison, with its grain flow orientation longitudinally disposed in order to check this situation impact compared to the hot forging process. The test results evidenced the importance of this study as it is proven that the forged specimens with the grain flow orientation disposed longitudinally to the rolling direction presented a higher fatigue life compared to the other tested configurations. The other studied settings presented similar values in fatigue tests.

O objetivo deste trabalho foi estudar diferentes rotas de fabricação de um componente automotivo e avaliar quais destas rotas permitiriam o atendimento dos requisitos técnicos com possibilidade de redução dos custos de fabricação. Os fabricantes de autopeças estão inseridos em um mercado de alto risco e elevada competitividade, assim, estes fabricantes, arcam com diversos custos para atendimento de requisitos, em alguns casos exigentes em demasia e desnecessários, por parte do cliente. O foco de componentes automotivos deve se basear em requisitos de natureza mecânica, como resistência a tração, resistência ao impacto, resistência a fadiga, etc. O desempenho mecânico de um componente depende do seu processo de fabricação e da matéria-prima utilizada, sendo estes os dois fatores de maior importância e representatividade no custo de fabricação de um componente. O processo de fabricação de um componente mecânico específico foi simulado fisicamente com duas matérias primas alternativas disponíveis no fabricante e com dois tratamentos térmicos distintos, além da utilização de shot peening no final do processo, gerando 8 diferentes rotas de fabricação Foram avaliados os aços SAE 1045H e DIN 38MnVS6 como opções de matéria-prima alternativa, além dos tratamentos térmicos de têmpera e revenimento e resfriamento em esteira. Foram realizadas análises de composição química e microestrutural para cada aço e tratamento térmico, além de avaliação de dureza, resistência a tração, resistência ao impacto, análise de tensões residuais e desempenho em fadiga. Os requisitos de dureza e resistência mecânica foram satisfatórios para todas as condições, exceto para o SAE 1045H com resfriamento em esteira. O desempenho em fadiga dos materiais sem shot peening não foram satisfatórios, apenas para o DIN 38MnVS6 com resfriamento em esteira apresentou desempenho próximo ao esperado, sendo todas rotas de fabricação sem shot peening reprovadas. Para os materiais com shot peening, apenas o SAE 1045H apresentou resultado insatisfatório, os demais materiais atenderam a especificação de fadiga. Pôde ser observada a influência das tensões residuais superficiais compressivas no desempenho em fadiga do componente, além disto, foi verificado a possibilidade de produzir o componente em três diferentes rotas de produção, podendo gerar uma redução de custo de até 12%. / The aim of this work was to study different manufacturing routes of an automotive component and, meantime, evaluate which of these routes would allow the fulfillment of technical requirements with the possibility of reducing manufacturing costs. Auto parts manufacturers are placed in a high-risk and highly competitive market, in addition to shouldering costs to meet requirements in some demanding and, sometimes, unnecessary cases by the customer. The focus of automotive components should be based on requirements of a mechanical nature, such as tensile strength, impact resistance, fatigue resistance, etc . The mechanical performance of a component depends on the manufacturing process and raw material used, these being the two most important factors in the representation and manufacturing cost of a component. The manufacturing process of a particular mechanical component was physically simulated with two alternative materials, both available from the manufacturer with two different heat treatments, in addition to the use of shot peening by the end of the process, generating eight different manufacturing routes. Were evaluated the SAE 1045H steel and DIN 38MnVS6 as an alternative raw material, in addition to heat treatment of quenching and tempering, the current process, and forced air cooling Chemical and microstructural analysis of each steel composition and heat treatment were performed, in addition to evaluation of hardness, tensile strength, impact resistance, analysis of residual stresses and fatigue performance. The requirements of mechanical properties were satisfactory for all conditions except for the SAE 1045H air-cooled. The fatigue performance of materials without shot peening were not satisfactory, only for DIN 38MnVS6 air cooled the performance was close to the specification, so all manufacturing routes without shot peening were disapproved. For materials with shot peening, only the SAE 1045H presented non-satisfactory result, other materials attended fatigue specification. It was observed the influence of surface compressive residual stresses in the component fatigue performance, furthermore, it was verified the possibility of producing the component three different routes, allowing a cost reduction up to 12%.

As condições para a exploração do petróleo em campos do pré-sal são mais severas que as convencionais no que se refere à pressão, temperatura, concentração de CO2 e H2S. Nesse contexto, os dutos responsáveis pela transferência do petróleo do fundo do mar até os tanques de armazenamento na superfície representam uma importância fundamental no processo de produção do petróleo. Dessa forma, o objetivo deste trabalho foi estudar o comportamento em corrosão-fadiga de juntas soldadas do aço API 5L X60 em solução aquosa salina contendo 115.000 ppm de cloretos e CO2 e avaliar a influência do H2S e do inibidor de corrosão. A ênfase na avaliação da região da solda se dá por ela ser um dos pontos mais suscetíveis a sofrer o processo de degradação por corrosão-fadiga. Nessa região, além do concentrador de tensões, são geradas tensões residuais trativas e mudanças microestruturais devido ao processo de soldagem que acarretam em queda no desempenho em fadiga na presença de meios agressivos. Neste estudo utilizou-se controle de carga sob flexão a quatro pontos, razão de carregamento de 0,1, frequência de carregamento de 0,5 Hz e run out de 1 milhão de ciclos. Com as curvas de Wöhler geradas, os resultados foram comparados e foi possível verificar o efeito benéfico causado pela utilização do inibidor de corrosão e o efeito deletério associado à presença de H2S. / The conditions for the oil fields exploitation in the pre-salt are more severe than those present in usual conditions, regarding to pressure, temperature, CO2 and H2S concentration. In this case, the pipelines responsible for the oil transfer from the seabed to the surface storage tanks represent a fundamental importance in the production of oil. Thus, the aim of this work is to study the corrosion-fatigue behavior of welded steel API 5L X60 in aqueous salt solution containing 115.000 ppm of chlorides and CO2, also, evaluate the influence of H2S and corrosion inhibitor. Bearing in mind that the weld region is one of the most likely to suffer degradation process of corrosion-fatigue, due to the tensile residual stresses generated by the welding process, which are aggravated in the presence of aggressive environment. The experiments were conducted using force control in a four point bending configuration, load ratio of 0.1, loading frequency of 0.5 Hz and run out of one million cycles. With the Wöhler curves plotted, the results were compared and it was possible to verify the beneficial effect caused by the use of corrosion inhibitor and the harmful effect caused by the presence of H2S.

Apesar de todo avanço da engenharia, o fenômeno da fadiga em estruturas continua causando pesadas perdas econômicas e em vidas. Portanto, investimentos na simulação e entendimento do fenômeno continuam sendo prioritários na engenharia. As simulações numéricas de fadiga, em especial a nível microscópico, vem ganhando grande atenção da comunidade científica internacional em anos recentes, pois vem permitindo um entendimento melhor da física do fenômeno. Para tais simulações, modelos discretos de fratura têm sido empregados, em especial o método das interfaces coesivas. Neste contexto se insere o presente trabalho, cujo objetivo principal foi a implementação de uma forma de considerar o dano numa relação constitutiva de interface coesiva. Neste caso, se a carga na ponta da trinca não é monotônica crescente, um dano cumulativo se desenvolve podendo, em cargas cíclicas, levar a propagação da trinca mesmo para níveis de carga inferiores a de ruptura estática. Interessante que tal implementação pode mudar o comportamento da propagação de trincas mesmo no caso de cargas monotônicas crescentes aplicadas, pois descargas localizadas podem ocorrer na ponta da trinca. Este trabalho analisou algumas formas de considerar o dano, que basicamente consiste na modificação da forma como se dá a descarga da relação constitutiva de interface. Há varias formas alternativas de realizar tal descarga. Não se teve como objetivo deste trabalho esgotar todas as alternativas, nem propor novas alternativas, mas sim analisar o efeito das descargas mais empregadas na literatura. As aplicações foram divididas em duas partes. Na primeira analisou-se o efeito da descarga em cargas externas monotônicas crescentes. Observou-se que houve descarga na ponta da trinca na propagação e uma conseqüente mudança nos resultados com a modificação da lei constitutiva de descarga. Tais exemplos foram casos de impacto, rodados com o método das diferenças finitas centrais. Foi observado que, para tais exemplos, o uso da condição CFL aplicada a elementos volumétricos está muito longe de conferir estabilidade ao método (a condição CFL, ou Courant-Friedrichs-Lewy, estabelece as condições mínimas de estabilidade numérica no método das diferenças centrais, conforme detalhado no Apêndice A). O problema acontece uma vez que a condição CFLnão pode ser aplicada aos elementos de interface, pois estes têm espessura nula, ao menos no início do processo. Na segunda parte, analisou-se casos com fadiga em tração, na qual somente o modo I de propagação foi considerado. Efeitos dinâmicos foram desprezados neste caso. As análises se restringiram à MFLE, ou seja, a zona de plastificação na ponta da trinca era pequena frente as demais dimensões. Dependendo do tipo de descarga, resultados coerentes com a literatura foram obtidos. / The fatigue phenomenon in structures is still causing heavy losses economically and in lives, even considering the recent advances of Engineering. Therefore, investments in simulation and knowledge of the phenomenon remain priority in Engineering. The simulations of fatigue. specially at microscopic level, have received great attention from international scientific community in recent years and a better understanding of the phenomenon physics was possible. For such simulations, discrete fracture models have been used, in special, the cohesive interface method. The present work is focused in this context, being its main goal to implement a way to consider damage in a cohesive interface constitutive relation. In this case, if the load at the crack tip is not monotonically crescent, a cumulative damage occurs that may lead, under cyclic loads, to crack propagation even for load levels below static rupture load. Interesting that such implementation can change crack propagation behavior even under monotonically crescent applied loads, since localized unloading may occur at the crack tip. This work analyzed some ways to consider damage, which basically consists in the modification of the unloading of the interface constitutive relation. There are many ways to do such unloading. The present work did not aim to explore all possibilities, or to propose new ones, and focused only on the most used unloading laws used in literature. Applications were divided in two parts. The first analyzed the unloading effect under monotonically crescent applied loads. It was observed that localized unloading at the crack tip took place during propagation, leading to changes in results when the unloading of the constitutive law was changed. These examples were dynamic and were analyzed using the Central Differences Method. It was observed that CFL condition applied to volumetric Finite Elements, is far from granting stability of the method (the CFL condition, or Courant-Friedrichs-Lewy, establishes the minimum numerical stability conditions for the Central Differences Method, as detailed in Appendix A). The reason is that CFL condition can not be applied to interface elements, since they have null thickness, at least at the begining of the analysis. The second part, fatigue cases in tension were analyzed where only mode I of propagation was present. Dynamic effects were neglected. The cases were restricted to Linear Elastic Fracture Mechanics, i. e., crack tip plastification zone was smallcompared to other dimensions. Results were coherent with literature, depending on unloading relationship used.

Este trabalho foi estruturado visando apresentar os efeitos causados pelo shot peening (jateamento por esferas) em componentes mecânicos. Este processo introduz tensões residuais compressivas na superfície do material, o que retarda a nucleação de trincas de fadiga, promovendo aumento na vida em fadiga. O material utilizado foi o aço SAE 1060, laminado, com um perfil de 15 por 5mm. Para o jateamento foram selecionados dois tamanhos de esferas de aço: S110 e S280. Para cada tamanho foram realizadas três condições de cobertura superficial no material: 80%, 100% e 500%. Foram realizados metalografia, ensaio de tração, análise de tensões residuais, curvas de fadiga, rugosidade, perfil de microdureza e efetuadas análises da fratura e da superfície do material com e sem jateamento. Os resultados apontaram uma melhoria significativa no desempenho em fadiga com a esfera S110 na condição de 100% de cobertura associado às tensões residuais compressivas obtidas. / This work study the effects of shot peening on mechanical components. This process introduces compressive residual stresses in the surface of the material, and cause delays the nucleation of cracks of fatigue, promoting increase in the life fatigue. The material used was SAE 1060 steel, cold rolled, with section of 15x5mm. For the shot peening two sizes of steel spheres had been selected: S110 and S280. For each size three conditions of superficial covering in the material had been carried through: 80%, 100% and 500%. Had been realized analysis of metallography, tensile test, analysis of residual stresses, fatigue test, analysis of roughness, hardness test, surface analysis in the material with and without shot peening. The results indicated a significant improvement in the fatigue performance with the S110 sphere in the 100% of covering condition associated with the compressive residual stresses.

Este trabalho tem como objetivo realizar um estudo preliminar da influência da espessura na vida em fadiga de arames de aço deformados a frio. A espessura original dos arames é de 5mm e foi criada uma segunda condição, com diminuição dessa espessura para 2,5mm. Para avaliar o comportamento em fadiga do material, foram realizados testes de fadiga por carregamento em flexão com o intuito de comparar a diferença de desempenho entre as espessuras de 5 e 2,5mm. Os resultados mostraram que para os níveis de carregamento mais altos impostos sobre as amostras (1000 MPa) a condição com 2,5mm de espessura apresenta uma tendência de melhora na resistência à fadiga, essa tendência de aumento acentua-se à medida que os níveis de solicitação diminuem. A condição com espessura de 2,5mm apresentou também tendência de aumento do limite de fadiga. / The aim of this work is to make a preliminary study about the influence of thickness effect on the fatigue behavior of cold drawing steel strips. The original component’s thickness is 5mm and was carried a decrease of this thickness to 2,5mm. To evaluate the fatigue performance, was obtained bending load fatigue curves to compare the performance of the samples with 5 and 2,5 mm of thickness. The results shown that for higher load levels the fatigue strength and endurance limit had presented a tendency of increase for the 2,5mm thickness condition.

Este trabalho tem como objetivo analisar a aplicação de um eixo conector para semi-eixos homocinéticos, demonstrando as vantagens da aplicação do eixo monobloco tubular com camada cementada na parte externa e interna em relação a geometria tradicional , eixo maciço temperado por indução. As principais etapas de fabricação do eixo monobloco tubular, tais como, conformação por martelamento e conformação do entalhado serão apresentados e discutidos a sua viabilidade econômica. A matéria prima utilizada para fabricar o eixo monobloco tubular é tubo sem costura SAE 4130H, que será discutido principalmente com relação ao seu estado de fornecimento. No tratamento térmico de cementação e têmpera será verificado os parâmetros de controle de processo para atingir os valores especificados de dureza superficial, profundidade de camada e microestrutura. Por fim, será revisado os ensaios mecânicos de fadiga e torção estática para homologação do eixo monobloco tubular. Neste ponto será dada ênfase na origem da fratura e a forma da mesma.

O estudo dos mecanismos de fadiga por contato tem grande relevância para o estudo dos componentes mecânicos que estão sujeitos ao desgaste. O desgaste é um tipo de falha que ocorre na maioria dos componentes que trabalham em contato. Atualmente para prever o desgaste são utilizados métodos experimentais que permitem ajustar curvas semi-empíricas, ou seja, o resultado depende de vários testes que além de caros são demorados. Com o aumento da competitividade na indústria, o tempo se tornou artigo de luxo e com isso o aprimoramento dos modelos de cálculo e das simulações numéricas são muito bem justificados. O estudo aprofundado do mecanismo de fratura por contato sem dúvida pode dar subsídios para um melhor projeto do componente mecânico e assim conseguir predizer com maior precisão quando a falha por desgaste ocorrerá e assim evitar falhas catastróficas e paradas de máquinas não programadas gerando grandes prejuízos e também risco de vidas humanas Este estudo apresenta um modelo numérico utilizando o método dos elementos finitos computacional para a simulação do spalling em componentes mecânicos sujeitos à fadiga de contato. O modelo foi simplificado para duas dimensões e foi considerado estado plano de deformações. Este estudo apresenta uma aproximação na aplicação dos conceitos da Mecânica da Fratura para estimar a vida de componentes mecânicos. O resultado do modelo numérico é confrontado qualitativamente com resultados práticos. A geometria dos pits assim como as relações entre o Fator de intensidade de tensões e o tamanho da trinca é apresentado.

Apesar de todo avanço da engenharia, o fenômeno da fadiga em estruturas continua causando pesadas perdas econômicas e em vidas. Portanto, investimentos na simulação e entendimento do fenômeno continuam sendo prioritários na engenharia. As simulações numéricas de fadiga, em especial a nível microscópico, vem ganhando grande atenção da comunidade científica internacional em anos recentes, pois vem permitindo um entendimento melhor da física do fenômeno. Para tais simulações, modelos discretos de fratura têm sido empregados, em especial o método das interfaces coesivas. Neste contexto se insere o presente trabalho, cujo objetivo principal foi a implementação de uma forma de considerar o dano numa relação constitutiva de interface coesiva. Neste caso, se a carga na ponta da trinca não é monotônica crescente, um dano cumulativo se desenvolve podendo, em cargas cíclicas, levar a propagação da trinca mesmo para níveis de carga inferiores a de ruptura estática. Interessante que tal implementação pode mudar o comportamento da propagação de trincas mesmo no caso de cargas monotônicas crescentes aplicadas, pois descargas localizadas podem ocorrer na ponta da trinca. Este trabalho analisou algumas formas de considerar o dano, que basicamente consiste na modificação da forma como se dá a descarga da relação constitutiva de interface. Há varias formas alternativas de realizar tal descarga. Não se teve como objetivo deste trabalho esgotar todas as alternativas, nem propor novas alternativas, mas sim analisar o efeito das descargas mais empregadas na literatura. As aplicações foram divididas em duas partes. Na primeira analisou-se o efeito da descarga em cargas externas monotônicas crescentes. Observou-se que houve descarga na ponta da trinca na propagação e uma conseqüente mudança nos resultados com a modificação da lei constitutiva de descarga. Tais exemplos foram casos de impacto, rodados com o método das diferenças finitas centrais. Foi observado que, para tais exemplos, o uso da condição CFL aplicada a elementos volumétricos está muito longe de conferir estabilidade ao método (a condição CFL, ou Courant-Friedrichs-Lewy, estabelece as condições mínimas de estabilidade numérica no método das diferenças centrais, conforme detalhado no Apêndice A). O problema acontece uma vez que a condição CFLnão pode ser aplicada aos elementos de interface, pois estes têm espessura nula, ao menos no início do processo. Na segunda parte, analisou-se casos com fadiga em tração, na qual somente o modo I de propagação foi considerado. Efeitos dinâmicos foram desprezados neste caso. As análises se restringiram à MFLE, ou seja, a zona de plastificação na ponta da trinca era pequena frente as demais dimensões. Dependendo do tipo de descarga, resultados coerentes com a literatura foram obtidos. / The fatigue phenomenon in structures is still causing heavy losses economically and in lives, even considering the recent advances of Engineering. Therefore, investments in simulation and knowledge of the phenomenon remain priority in Engineering. The simulations of fatigue. specially at microscopic level, have received great attention from international scientific community in recent years and a better understanding of the phenomenon physics was possible. For such simulations, discrete fracture models have been used, in special, the cohesive interface method. The present work is focused in this context, being its main goal to implement a way to consider damage in a cohesive interface constitutive relation. In this case, if the load at the crack tip is not monotonically crescent, a cumulative damage occurs that may lead, under cyclic loads, to crack propagation even for load levels below static rupture load. Interesting that such implementation can change crack propagation behavior even under monotonically crescent applied loads, since localized unloading may occur at the crack tip. This work analyzed some ways to consider damage, which basically consists in the modification of the unloading of the interface constitutive relation. There are many ways to do such unloading. The present work did not aim to explore all possibilities, or to propose new ones, and focused only on the most used unloading laws used in literature. Applications were divided in two parts. The first analyzed the unloading effect under monotonically crescent applied loads. It was observed that localized unloading at the crack tip took place during propagation, leading to changes in results when the unloading of the constitutive law was changed. These examples were dynamic and were analyzed using the Central Differences Method. It was observed that CFL condition applied to volumetric Finite Elements, is far from granting stability of the method (the CFL condition, or Courant-Friedrichs-Lewy, establishes the minimum numerical stability conditions for the Central Differences Method, as detailed in Appendix A). The reason is that CFL condition can not be applied to interface elements, since they have null thickness, at least at the begining of the analysis. The second part, fatigue cases in tension were analyzed where only mode I of propagation was present. Dynamic effects were neglected. The cases were restricted to Linear Elastic Fracture Mechanics, i. e., crack tip plastification zone was smallcompared to other dimensions. Results were coherent with literature, depending on unloading relationship used.

No início do século XIX, com a Revolução Industrial, o aço passou a ser um material competitivo e utilizado na construção de pontes que, até então, eram de pedra ou madeira. Assim, surgiram as primeiras pontes ferroviárias vencendo grandes vãos, ou seja, estruturas metálicas tracionadas submetidas a milhões de ciclos de carga, condições ideais para a fadiga de alto ciclo. Muitas destas estruturas ainda estão em tráfego, com mais de 100 anos de serviço e submetidas a carregamentos crescentes. Dado este cenário, este trabalho objetiva caracterizar as pontes metálicas ferroviárias, determinando os materiais empregados, tipos estruturais adotados e cargas utilizadas. Além disso, através de uma revisão da teoria de fadiga em aços e dos procedimentos recomendados pelas principais normas de estruturas metálicas, realiza-se um estudo de caso real de uma ponte que apresentou falha por fadiga em suas longarinas. Para tal, modela-se numericamente a estrutura e realiza-se análise experimental da mesma, através de medições in situ, para a calibração do modelo. Após, aplica-se as metodologias apresentadas nas normas e na teoria, a fim de efetuar-se a verificação à fadiga desta estrutura determinando a vida residual de seus elementos. / In the beginning of century XIX, with the Industrial Revolution, the steel started to be a competitive and used material in the construction of bridges that, until then, were of rock or wood. Thus, first great railroad bridges being successful vain, or either, tensile steel structures submitted the millions of load cycles had appeared, ideal conditions for the fatigue of high cycle. Many of these structures still are in traffic, with more than 100 years of service and submitted increasing loads. Get this scene, this objective work to characterize the railroad steel bridges, determining the used materials, structural types adopted and used loads. Moreover, through a revision of the theory of fatigue in steel and of the procedures recommended for the main codes of steel structures, is become a study of real case of a bridge that presented damage for fatigue in its stringers. For such, becomes a numerical model of the structure and experimental analysis of the same one, through measurements in situ, for the calibration of the model. After, one applies the methodologies presented in the codes and the theory, in order to effect it verification to the fatigue of this structure determining the residual life of its elements.