Orientador: Sheila Canevese Rahal / Banca: Carlos Roberto Teixeira / Banca: César Renato Foschini / Banca: Alessandra Melchert / Banca: Elisangela Perez de Freitas / Resumo: O trabalho teve por objetivo avaliar a influência do comprimento do parafuso, ou seja, uni ou bicortical, na resistência da montagem de uma placa de reconstrução bloqueada. Foram utilizados 60 corpos de prova cilíndricos de poliuretano e 60 placas de aço inoxidável de reconstrução de 3,5 mm, compostas de 7 furos. Cada corpo de prova foi dividido em duas porções iguais para simular uma falha segmentar de 10 mm. As placas foram montadas em dois grupos de construções: Grupo 1 - três parafusos unicorticais bloqueados em cada lado; Grupo 2 - três parafusos bicorticais bloqueados em cada lado. Em ambos os Grupos, na área da falha segmentar o orifício foi mantido sem parafuso. Para cada grupo, nove montagens foram testadas por ensaios estáticos até a falência, três em compressão, três em flexão e três em torção, para determinar as cargas de teste. Para os ensaios de fadiga, em cada grupo, 21 montagens foram testadas até a falência, sete em compressão, sete em flexão e sete em torção. Pela análise estatística, foram detectadas diferenças entre Grupos no ensaio de fadiga em compressão axial (G1>G2) e no ensaio de fadiga em flexão em quatro pontos (G1<G2), para carga máxima, carga mínima, momento máximo e momento mínimo. Não ocorreram diferenças entre grupos no ensaio de torção em fadiga. Foi possível concluir que o comprimento do parafuso pode afetar as propriedades mecânicas da placa de reconstrução bloqueada / Abstract: The aim of this study was to evaluate the influence of screw length, mono or bicortical, on the mechanical properties of a locking reconstruction plate. Sixty cylinders of synthetic bone and 60 seven-hole 3.5 mm locking reconstruction plates were used. Each cylinder of synthetic bone was equally divided to simulate a gap fracture of 10 mm. Two groups of bone-plate constructs were mounted: Group 1 - three monocortical screws in each fracture side, Group 2 - three bicortical screws in each fracture side. In both groups, the area of the fracture gap was maintained without screw. To establish the loads for fatigue testing, for each group nine bone-plate constructs were tested until failure, each three in compression, bending, and torsion. For each group, 21 bone-plate constructs were tested for failure in fatigue testing, each seven in compression, bending, and torsion. By statistical analysis, significant differences between groups were observed for axial compression fatigue testing (G1>G2) and fourpoint bending fatigue testing (G1<G2) and in maximum load, minimum load, maximum moment, and minimum moment. No significant differences were observed between groups for torsion fatigue testing. In conclusion, the screw length can affect the mechanical properties of locking reconstruction plate / Doutor

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2007. / Submitted by Érika Rayanne Carvalho (carvalho.erika@ymail.com) on 2009-12-15T22:55:55Z No. of bitstreams: 1 2007_JoaoCarlosBUchoa.pdf: 2613660 bytes, checksum: 4ff4a2207a0f5a5dfdff278a2a07c7cf (MD5) / Approved for entry into archive by Daniel Ribeiro(daniel@bce.unb.br) on 2009-12-15T23:27:24Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2007_JoaoCarlosBUchoa.pdf: 2613660 bytes, checksum: 4ff4a2207a0f5a5dfdff278a2a07c7cf (MD5) / Made available in DSpace on 2009-12-15T23:27:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2007_JoaoCarlosBUchoa.pdf: 2613660 bytes, checksum: 4ff4a2207a0f5a5dfdff278a2a07c7cf (MD5) Previous issue date: 2007-04-20 / Os revestimentos em argamassa ou em cerâmica, geralmente, são empregados na parte externa (fachada) das edificações. Esses materiais propiciam isolamento acústico e térmico e a estanqueidade necessários para um razoável conforto nas edificações. Os revestimentos são executados em camadas compondo-se de: emboço, argamassa e, ainda, no caso de revestimentos em cerâmica, a argamassa colante e rejunte. Os revestimentos estão sujeitos às diferentes intempéries que se traduzem em ações solicitantes. Dessas ações solicitantes destacamos a variação da temperatura ao longo do dia e eventuais choques térmicos causados por chuvas e ventos. Tais ações, combinadas com as diferentes características físicas e mecânicas dos materiais empregados nos revestimentos, produzem estados de tensões e deformações nas fachadas que, ainda, são poucos conhecidos e, raramente, pesquisados. As variações de temperatura nos revestimentos podem gerar sérias patologias, como por exemplo, o desplacamento de peças que, conseqüentemente, podem ocasionar acidentes em transeuntes. Este trabalho apresenta uma metodologia para avaliação da resistência à fadiga de sistemas de revestimento, usando-se análise experimental e numérica via Elementos Finitos e, considerando o sistema de revestimento sob a ação cíclica da temperatura ambiente característica da cidade de Brasília. Esta pesquisa estuda, em particular, a influência das tensões termomecânicas na ruptura por fadiga da argamassa de revestimento. De forma original, obtém-se experimentalmente a curva "S-N" (tensão alternada versos número de ciclos) para a argamassa de emboço. A resistência à fadiga da argamassa sob tração é determinada como sendo de 0.64MPa. Com modelos apropriados para matérias frágeis, infere-se também a resistência à fadiga da argamassa sob compressão e sob tração-compressão. Com os valores de tensão alternada obtidos via análise numérica, é possível, com a metodologia apresentada, avaliar a resistência à fadiga da argamassa de emboço em sistema de revestimento cerâmico de fachadas. __________________________________________________________________________________ Abstract / Coatings made of plain mortar or with ceramic tiles are usually employed on facades or external part of buildings. They provide the appropriate acoustic and thermal isolation and the necessary watertightness for a reasonable comfort inside the construction, and are, generally, arranged in layers of rendering, mortar, dry-set mortar, and ceramic tile grout, in the case of facades with ceramic tiles. Building coatings are also exposed to hazardous weather conditions or critical external actions like the everyday variation of temperature and eventually thermal shocks generated by rain falls and wind gusts. Those actions, in conjunction to the different physical and mechanical properties of the coating materials, produce stress and strain states not yet understood, not often studied, and scarce in the literature. The temperature transient on the coatings can generate serious pathologies like the unsticking of tiles or coating pieces in general that eventually may fall over pedestrians. This research presents a methodology for the evaluation of the fatigue resistance of facades. The methodology uses experimental investigation and numerical analysis with Finite Elements, and considers the coating system under the cyclic action of the environment temperature of Brasilia. In particular, this research studies the influence of the thermal stresses in the rupture of mortar coating due to thermal fatigue. The “S-N” curve (alternating stress vs. number of cycles) is experimentally obtained for the mortar material. The fatigue resistance of the mortar material under traction is determined as 0,64MPa. In addition, with appropriate mathematical models for fragile materials, the fatigue resistance of mortar under compression and traction-compression is also inferred. With the values of the alternating stress from the numerical analysis; it is possible, with the present methodology evaluate the mortar fatigue resistance in ceramic coating facades.

Orientador: Itamar Ferreira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-13T02:49:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carnio_MarcoAntonio_D.pdf: 4129193 bytes, checksum: 27ed4b4a807f05043017033527f2d6f8 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: O concreto reforçado com fibras (CRF) é um compósito constituído de duas fases: concreto (matriz) e fibras (reforço). As fibras são elementos descontínuos de vários aspectos geométricos e materiais, destacando-se atualmente as fibras metálicas (aço) e as fibras sintéticas (polipropileno). Em geral, os teores de fibras em volume adicionados à matriz se dividem em: baixos teores - até 0,5%; médios teores - entre 0,5% e 1% e altos teores - acima de 1%. Dentre as aplicações do CRF com baixos teores, a utilização em pavimentos de concreto é a mais significativa, cuja solicitação predominante é cíclica. O estudo da fadiga se divide em iniciação da trinca, propagação da trinca e fratura final, e a vida em fadiga (Nf) é caracterizada pela soma do número de ciclos até a fratura. Dessa forma, como no estudo da fadiga do CRF a maioria dos trabalhos se concentra na obtenção de seu comportamento por meio das curvas S-N (tensão em função do número de ciclos até a fratura), este trabalho tem como objetivo estudar experimentalmente a propagação da trinca por fadiga dos CRFs com baixos teores, por meio de ensaios de flexão em corpos-de-prova prismáticos de seção quadrada, submetidos a carga cíclica com freqüência de 20 Hz e razão de carga R = 0,1, representando seu comportamento pelas curvas da/dN-_K (taxa de propagação de trinca por fadiga em função da variação do fator de intensidade de tensão), ensaios de flexão em corpos-de-prova prismáticos de seção quadrada, submetidos a carga monotônica, representando seu comportamento pelas curvas carga monotônica-deslocamento de abertura da boca da trinca (CMOD) e o estudo macroscópico da seção fraturada desses concretos, após cargas cíclicas e monotônica para avaliação dos mecanismos de fratura da seção, visando melhor entender a contribuição dessas adições nos CRFs submetidos a cargas cíclicas. Os resultados indicam que o CRF com fibras de polipropileno de 54 mm apresenta melhor desempenho à propagação de trinca por fadiga, com comportamento equivalente aos CRFs com fibras de aço de 60 mm e que, o CRF com fibras de aço de 35 mm apresenta melhor desempenho dentre todos tipos e teores de fibras estudadas. Quanto ao comportamento à carga monotônica, o desempenho dos CRFs com fibras de aço de 60 mm se mostrou melhor dentre os estudados, desempenho esse não confirmado quanto à propagação de trinca por fadiga. Também se conclui que a ancoragem das fibras interfere no comportamento dos CRFs às cargas monotônica e cíclica, sendo que a degradação da ancoragem mecânica nas fibras de aço submetidas a cargas cíclicas penaliza mais os CRFs com fibras de aço de 60 mm quanto ao desempenho à propagação de trinca por fadiga. Na avaliação da superfície de fratura dos CRFs, verificou-se que a adição de fibras interfere nessa superfície, apresentando-se mais plana para os CRFs com fibras sintéticas e mais irregular para os CRFs com fibras de aço. / Abstract: The fibers reinforced concrete (FRC) is a composite formed by two phases: concrete (matrix) and fibers (reinforce). The fibers are discontinuous elements of several geometric aspects and materials, currently detaching the metal fibers (steel) and the synthetic fibers (polypropylene). In general, the contents of fibers in volume added to the matrix are separated in: low contents - up to 0.5%; medium contents - between 0.5% and 1% and high contents - above 1%. Among the applications of the FRC with low contents, the usage in concrete pavements is the most significant, which predominant request is cyclic. The study of fatigue is divided into initialization of crack, propagation of crack and final fracture and the life in fatigue (Nf) is characterized by the sum of number of cycles up to the fracture. In this way, as in the study of fatigue of FRC the majority of the work focuses on obtaining their behavior through the S-N curves (tensile due to the number of cycles up to the fracture) this work has as objective to study experimentally the fatigue crack propagation of the low contents FRC, by means of testing the flexure in prismatic samples of square section, subjected to a cyclic load of 20 Hz frequency and load ratio R=0.1, representing their behavior through the da/dN-_K curves (rate of fatigue crack propagation in lights of the variation of the intensity of the tensile), by testing the flexure in prismatic samples of square section, subjected to a monotonic load, representing their behavior through the curves monotonic load - cracking mouth opening displacement (CMOD) and the macroscopic study of the fracture section, to better understand the contribution of these additions into the FRC subjected to a cyclic load. The results indicate that the FRC with synthetic fibers of 54 mm size shows a better performance for fatigue crack propagation, with equivalent behavior as of the FRCs with steel fibers of 60 mm size and that the FRC with steel fibers of 35 mm size shows even a better performance among all types and contents of fibers studied. About the behavior of the monotonic load, the performance of the FRCs with steel fibers of 60 mm size was better among all studied behaviors, but that performance is not confirmed regarding the fatigue crack propagation. Also concludes that the anchorage of the fibers interfere in the behavior of both FRC subjected to monotonic load and cyclic load, and the degradation of the mechanic anchorage in the steel fibers, subjected to a cyclic loads punish more the FRCs with the steel fibers of 60 mm regarding to their performance of fatigue crack propagation. Evaluating the fracture surfaces of the FRC, verify that the addition of fibers interfere on these, resulting in a more flat to the FRC with synthetic fibers and more irregular to the FRCs with steel fibers. / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Itamar Ferreira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-03T20:42:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Grigoletto_ElianeMaria_D.pdf: 20156618 bytes, checksum: 238e025731557bafac4b6144402fb6be (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: As ligas de estanho-chumbo são usadas para soldar componentes eletrônicos sobre placas de circuito impresso. O chumbo e seus compostos são substâncias tóxicas e a indústria eletrônica deverá eliminar este metal do processo de soldagem. A solda, contato permanente entre os componentes e a placa de circuito impresso, tem como função permitir a passagem de corrente elétrica e fixar os componentes eletrônicos. A resistência a fa1has dos empacotamentos eletrônicos é altamente dependente das propriedades mecânicas e microestrutura da liga de solda usada. As montagens eletrônicas são constantemente sujeitas a flutuações de temperatura devido ao "liga e desliga" dos circuitos ou pelas variações da temperatura ambiente. As diferenças de coeficiente de expansão térmica entre terminais/solda/placa de uma montagem podem produzir tensões e modificações microestruturais na solda. Este trabalho tem por objetivos caracterizar e analisar as propriedades mecânicas e a microestrutura das ligas Sn63-Pb37, Sn62-Pb36-Ag2 e Sn42-Bi58 usadas para soldar dois fios de cobre, topo a topo. As propriedades mecânicas foram analisadas pela rea1ização de ensaios de tração, fadiga isotérmica e microdureza. O método escada foi o usado para calcular a resistência à fadiga das ligas estudas. A caracterização microestrutural das ligas foi efetuada usando as técnicas de microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura e microanálise por EDS. As pastas de solda foram analisadas por termogravimetria (TG) e por calorimetria de varredura diferencial (DSC). O resultado obtido para os ensaios de tração para corpos de cobre sem a junção foi igual a 488 ± 9 MPa. Foi obtida a ordem decrescente de resistência à tração: Sn62-Pb36-Ag2, Sn63-Pb37 e Sn42-Bi58 para as junções de cobre com 0,30mm de espessura. Para a liga Sn63-Pb37, usada para soldar junções de 0,15mm de espessura apresentou o valor de 133 ± 22 MPa de resistência à tração. Os resultados obtidos para a resistência à fadiga isotérmica para as ligas Sn63-Pb37, Sn62-Pb36-Ag2 e Sn42Bi58 para junções de 0,30mm de espessura foram 34 ± 5 MPa, 38± 2MPa e 37± 6 MPa, respectivamente. Para a liga Sn63-Pb37, usada para soldar a junção de cobre de 0,15mm de espessura foi obtido o valor de 28± 5 MPa. Quanto aos ensaios de microdureza, a liga Sn63Pb37 apresentou os valores iguais a 10,1± 9 HV e 7,9:t 0,4 HV para amostras não submetidas ao ensaio de fadiga e submetidas ao ensaio de fadiga, respectivamente. As ligas Sn62-Pb36-Ag2 e Sn42-Bi58 apresentaram os valores de 12,2± 0,9 HV e 15,3± 0,9 HV como resultados dos ensaios de microdureza Vickers. A análise microestrutural das ligas por microscopia óptica e por MEV permitiu a observação das fases e de defeitos presentes em cada liga. No caso da liga SOO3Pb37, foi possível a medida do tamanho das fases ricas em chumbo antes e depois do ensaio de fadiga, sendo os valores obtidos para o comprimento do intercepto médio iguais a 2,3± 0,4mm e 2,8 ± 0,7 mm, respectivamente, sendo que no processo de soldagem usado neste trabalho foi obtida a microestrutura semelhante à encontrada em linhas industriais de montagem. As análises por EDS permitiram a obtenção da composição química das fases de cada liga. As análises por termogravimetria demonstraram que as pastas de solda Sn63-Pb37 e Sn42-Bi58 eliminaram aproximadamente a mesma quantidade de gases voláteis, e que a pasta de Sn62-Pb36-Ag2 foi a que perdeu menos massa. As análises por ca1orimetria de varredura diferencial permitiram constatar que as pastas de solda possuíam a temperatura de fusão encontradas na bibliografia especializada / Abstract: The tin-lead alloys are used to solder components on printed circuit boards. Lead and its compounds are toxic substances and the electronic industry should substitute this metal in the soldering process. The solder, constant contact between the components and the printed circuit board, should allow the electric current to flow and support the electronic components. The failure resistance of the electronic packaging is bigh1y dependent of mechanical and microstructure properties of the solder alloy used. The electronic assemblies are constantly submitted to temperature fluctuations due to the "on-off" of the circuits or the environmental temperature variations. The coefficient of thermal expansion differences of terminals/solder/printed circuit board present in assemble could produce stress and microstructure modifications in the solder. The objectives of this work are to characterize and ana1yze the mechanical and microstructural properties of Sn63-Pb37, Sn62-Pb36-Ag2 and Sn58-Bi58 alloys used to solder two copper wires in a butt joint. Tension, isotherma1 fatigue, and microhardness tests were conducted in order to characterize the mechanical properties. The staircase method was used to calculate the fatigue strength of the studied alloys. The optical microscopy, scanning electronic microscopy, and microana1ysis by EDS were used to characterize the microstructure of alloys. The solder pastes were analyzed by thermogravimetry (TG) and scanning differential calorimetry (DSC). The obtained result from the tension tests for the copper specimens without the joint was 488± 9 MPa. The results obtained for the tensile strength for the alloys Sn63-Pb37, Sn62-Pb36-Ag2, and Sn42-Bi58 to the copper joints with O.3Omm of thickness were 93± 8 MPa, 101± 1 MPa, and 79 ± 15 MPa, respectively. The Sn63-Pb37 alloy used to solder 0.15mm thickness joints presented the value equal to 133± 22 MPa to tensile strength. The results obtained to the isotherma1 fatigue strength to the Sn63-Pb37, Sn62-Pb36-Ag2 and Sn42-Bi58 alloys to the joints with 0.30mm of thickness were 34± 5 MPa, 38± 2 MPa and 37± 6 MPa, respectively. To the alloy Sn63-Pb37 used to solder the 0.15mm of thickness of copper joints was obtained the value of 28± 5 MPa. The Sn63-Pb37 presented the values of 10.1± 9HV and 7.9± 0.4 HV for the Vickers microhardness tests of specimens not submitted and submitted to the 1àtigue tests, respectively. The Sn62-Pb37 and Sn42-Bi58 presented the values equals to 12.2± 0.9HV and 15.3 ± 0.9 HV as the results of microhardness tests. The microstructure ana1ysis of the alloy by optical and MEV permitted the observation of the phases and of the defects presents in each alloy. In the case of Sn63-Pb37 it was possible to measure the size of lead rich phases before and after of fatigue test and the values obtained to the medium intercept length was equal to 2.3± 0.4 mm and 2.8± 0.7mm, respectively, and the soldering process used in this work allows to obtain a similar microstructure formed in the industry tine. The EDS ana1ysis permitted to obtain the chemical composition of the phases to each alloy. The ana1yze by thermogravimetry showed that the solder pastes Sn63-Pb37 and Sn42-Bi58 released approximately the same quantity of volatile gases, and the Sn62-Pb36-Ag2 solder paste lost less mass. The scanning differential calorimetry ana1yses showed that the solder pastes had the melting point in accordance with bibliographica1 references / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Auteliano Antunes dos Santos Júnior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-16T12:18:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Minucci_FredericoRodrigues_M.pdf: 2447535 bytes, checksum: 1f8099b913d0c77861627fd93867cfb4 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: O virabrequim é um dos principais componentes do motor de combustão interna e sua função é, em conjunto com a biela, transformar o movimento de translação do pistão em movimento de rotação. Como sofrem carregamentos cíclicos durante toda sua vida útil, o principal tipo de falha de um virabrequim é por fadiga. Porém, por estarem sujeitos a carregamentos complexos, tensões multiaxiais são geradas resultando no problema da fadiga multiaxial. Nos últimos anos, diversos métodos que tratam desse problema foram apresentados, porém, até hoje, nenhuma abordagem foi universalmente aceita. Este trabalho apresenta a avaliação da vida de dois virabrequins fornecidos pela empresa Thyssen Krupp Metalúrgica Campo Limpo Ltda quanto à falha por fadiga utilizando os critérios de fadiga multiaxial para elevado número de ciclos de Matake, McDiarmid e DangVan, baseados nos planos críticos, e os critérios de Sines, Crossland e Kakuno-kawada, baseados nos invariantes de tensão. Ao longo do trabalho, é descrita a cinemática e a dinâmica do movimento de um virabrequim bem como uma forma adequada de tratamento para a vibração torcional. Com base nos esforços, é feita a análise de tensões através do método de superposição de esforços unitários. Os resultados das tensões são utilizados como entradas em um algoritmo especialmente desenvolvido para os critérios de fadiga citados. As análises feitas mostram que os projetos analisados são seguros quando avaliados utilizando tais critérios / Abstract : The crankshaft is one of the most important components of the internal combustion engine and its function is, with the rods, transforming the linear movement of the piston into rotation. As it is under cyclic loading during all of his life, the main type of failure in these components is due to fatigue. However, as they are subject to complex loads, multiaxial stresses arise, which results in the problem of multiaxial fatigue. Recently, several approaches to this problem were proposed but until now, there is no universally accepted approach. This work evaluates the life of two designs of crankshafts provided by Thyssen Krupp Metalúrgica Campo Limpo Ltda with respect to the fatigue failure using the multiaxial high-cycle fatigue criteria of Matake, McDiarmid and Dang Van, based on critical planes, and Sines, Crossland and Kakuno-Kawada, which are based on the stress invariants. Throughout the work it is described the kinematics and the dynamics of the cranckshaft movement and an appropriate form of treatment for the torsional vibration. Based on the loads, a stress analysis is performed using the finite elements method and the superposition principle. The resulting stresses are used as inputs in a specially developed algorithm to evaluate the fatigue criteria cited. These analyses show that the designs are safe when they are evaluated using such criteria / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Auteliano Antunes dos Santos Júnior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-24T19:33:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fumes_FabianoGonzaga_M.pdf: 12049048 bytes, checksum: df4dc1dd45d74bbdc31c6a5893edd4fe (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Este trabalho apresenta a comparação entre os diversos critérios de fadiga multiaxial de alto ciclo aplicados ao problema de contato roda-trilho. Para isto, é utilizado um modelo elastoplástico tridimensional de elementos finitos capaz de permitir o cálculo tanto das tensões geradas pelo rolamento de uma roda livre de tensões residuais de fabricação como de uma roda que contenha as tensões residuais provenientes do processo de tratamento térmico, obtidas através de uma simulação térmico-estrutural. Estes dois cenários são avaliados segundo critérios de fadiga multiaxial baseados tanto em planos críticos, como Dang Van, Matake e McDiarmid, quanto nos baseados em invariantes do tensor de tensões, como Sines, Crossland e Kakuno Kawada. Pela natureza da fadiga de contato, que não possui condição de vida infinita, é estimado para cada critério um número de ciclos para o aparecimento das trincas. Como resultado, observa-se que para alguns critérios como Dang Van, Sines e Kakuno-Kawada, a vida em fadiga é beneficiada pelo processo de tratamento térmico, enquanto para os demais, as tensões residuais de fabricação provocam uma redução no número de ciclos para o aparecimento das trincas / Abstract: This work presents a comparison of different high cycle multiaxial fatigue criteria, applied to wheel- rail contact. For this, it is used a three-dimensional elastoplastic finite element model able to calculate stresses generated by the rolling of a wheel free of residual stresses from manufacturing process and also by a wheel containing the residual stresses from heat treatment process, generated by a thermal-structural simulation. These two scenarios are evaluated according to multiaxial fatigue criteria based on critical planes, as Dang Van, Matake and McDiarmid, and also based on the invariants of the stress tensor, as Sines, Crossland and Kakuno Kawada. Due to the nature of rolling contact fatigue, which has no condition of infinite life, a number of cycles for crack appearance are estimated for each criterion. It can be notice that for some criteria, such as Dang Van, Sines and Kakuno-Kawada, fatigue life is benefited by the heat treatment process, while for others the residual stresses from manufacturing promote a reduction in the number of cycles / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Itamar Ferreira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-20T17:14:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Queiroz_SymeReginaSouza_D.pdf: 5101982 bytes, checksum: 1143c4b43c52ed713ed719367ce07ead (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A tendência mundial das estradas de ferro é utilizar carga elevada por vagão no transporte de produtos e alta velocidade no setor de passageiros. Em ambas as situações, as rodas ferroviárias são muito solicitadas mecanicamente e, em função disso, as propriedades mecânicas dessas rodas devem ser rigorosamente controladas, tendo em vista que as principais causas de acidentes envolvendo trincas nas rodas, ou a retirada da roda antes do final de sua vida, estão direta ou indiretamente associadas a baixos níveis de resistência mecânica, resistência à fadiga e tenacidade à fratura. O conhecimento do comportamento mecânico das rodas ferroviárias com base nas suas propriedades mecânicas é imprescindível para o projeto de rodas ferroviárias e para o aprimoramento de seu processo de fabricação. Este trabalho tem como objetivo caracterizar e analisar a microestrutura, as propriedades mecânicas e os micromecanismos de fratura de cinco rodas ferroviárias, duas fundidas e três forjadas, a partir de corpos-de-prova usinados dos aros e discos dessas rodas. As propriedades mecânicas analisadas são as básicas (limite de escoamento, limite de resistência à tração, alongamento específico até à fratura, redução de área, dureza e energia de impacto Charpy), a resistência à fadiga e a tenacidade à fratura, de corpos-de-prova usinados das rodas ferroviárias. Além das microestruturas e das propriedades mecânicas, foram também caracterizados e analisados os micromecanismos de fratura dos corpos-de-prova dos ensaios de fadiga e impacto, por meio de microscopia eletrônica de varredura. Os resultados dos ensaios indicam, em relação aos limites de escoamento e de resistência à tração, que não houve diferenças significativas entre as rodas fundidas e forjadas analisadas. Quanto à dureza (HRC), ductilidade (alongamento específico e redução de área) e tenacidade à fratura, as rodas forjadas apresentaram valores superiores. Em relação à resistência à fadiga, uma propriedade importante no caso de rodas ferroviárias, os corpos-de-prova usinados das rodas forjadas apresentaram melhores resultados em relação às rodas fundidas. Pode-se também concluir que, tanto para as propriedades mecânicas básicas e nobres como também para os micromecanismos de fratura, os resultados obtidos são compatíveis aos encontrados na literatura especializada, validando e comprovando que a metodologia de análise pode ser utilizada para melhorar os projetos e os processos de fabricação de rodas ferroviárias de aço fundidas e forjadas / Abstract: The word wide tendency of railroads is to use high load per wagon in cargo transport and high-speed in passenger sector. In both situations, the railway wheels are very mechanically requered, and as a result, the mechanical properties of these wheels should be controlled strictly in order that the main causes of accidents involving wheels cracks, or withdrawal of the wheel before end of its life, are directly or indirectly associated with low levels of strength, fatigue resistance and fracture toughness. Knowledge of the mechanical behavior of railway wheels based on their mechanical properties is essential for the design of railway wheels and the improvement of its manufacturing process. This work aims to characterize and analyze the microstructure, mechanical properties and fracture micromechanisms of five railway wheels, two cast and three forged, from the machined specimens of the rim and web of these wheels. The analyzed mechanical properties are the basics (yield strength, tensile strength, elongation, reduction in area, hardness and Charpy impact energy) the fatigue resistance and the fracture toughness, from the specimens machined of railway wheels. In addition to the microstructures and mechanical properties were characterized and analyzed the micromechanisms of fracture of the specimens of fatigue and impact tests, using scanning electron microscopy. The test results indicate, with respect to the yield strength and tensile strength, there were no significant differences between cast and forged wheels analyzed. The hardness (HRC), ductility (elongation and reduction in area) and fracture toughness of the forged wheels showed higher values. Regarding resistance to fatigue, an important property in the case of railway wheels, the forged wheels machined specimens shown better results compared to cast wheels. One can also conclude that, for both the basic and noble mechanical properties as well as for the micromechanisms of fracture, the results are compatible with those found in the literature, validating and verifying that the method of analysis can be used to improve the castings and forgings steel railway wheels and manufacturing processes and projects / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutora em Engenharia Mecânica

Aços de alta resistência e baixa liga (ARBL) são uma alternativa atraente em aplicações estruturais. Devido ao baixo teor de carbono e de elementos de liga (Ni, V e Ti), os aços ARBL apresentam bons níveis de tenacidade e de resistência mecânica, além de boa soldabilidade, permitindo assim, o uso de componentes estruturais mais leves, a economia no consumo de combustível, bem como o desenvolvimento de construções ambientalmente corretas. A boa combinação de propriedades mecânicas permite que os aços ARBL sejam amplamente utilizados na construção naval, na indústria petrolífera e na indústria automotiva. Para estas aplicações, a tecnologia de soldagem é inevitável, a qual produz alterações microestruturais localizadas e redução dos níveis de resistência mecânica, tensões residuais e defeitos indesejáveis, que geram problemas potenciais de segurança e de confiabilidade. Estes defeitos de soldagem acentuam o processo de falha de fadiga, quando componentes mecânicos são submetidos a cargas cíclicas. Neste trabalho, estudou-se a influência do processo de soldagem por arco elétrico com atmosfera de proteção gasosa (GMAW) na microestrutura, propriedades mecânicas e resistência à fadiga do aço ARBL DIN EN 10149 S700MC, aplicando três velocidades de soldagem e dois diferentes metais de adição (AWS ER 70 S – 6 e AWS E 110C-G-M). Para isso, corpos de prova deste aço ARBL e juntas soldadas desses dois metais de adição foram estudadas por meio de análises microestruturais, ensaios de tração uniaxial, microdureza e ensaios de fadiga por tração uniaxial. Os resultados mostraram que a velocidade de soldagem não causou alterações significativas na microestrutura do metal de solda e da zona termicamente afetada, na microdureza e na resistência à tração, quando foi utilizado o mesmo metal de solda. Porém, maiores velocidades de soldagem causaram o aumento do defeito de mordedura. Além disso, verificou-se um aumento da vida em fadiga do componente com a diminuição da velocidade de soldagem. Quando comparadas as amostras soldadas com uma mesma velocidade de soldagem, observou-se um aumento da proporção de ferrita acicular no metal de solda, um aumento da tensão de ruptura e, consequentemente, uma melhora da vida em fadiga do componente, em função do aumento da resistência mecânica do metal de solda. / Submitted by Ana Guimarães Pereira (agpereir@ucs.br) on 2017-05-10T18:40:43Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Rui Gustavo Lippert Schwanke.pdf: 11672515 bytes, checksum: 14a40d04483fb3216e392d56449ded89 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-10T18:40:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Rui Gustavo Lippert Schwanke.pdf: 11672515 bytes, checksum: 14a40d04483fb3216e392d56449ded89 (MD5) Previous issue date: 2017-05-10 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico. / High strength and low alloy steels (HSLA) are attractive alternative in structural applications. Due to the low carbon and alloying elements (Ni, V and Ti) contents, HSLA steels show good levels of toughness and mechanical strength, besides good weldability, allowing use of lighter structural components, fuel economy, as well as the development of environmentally-friendly constructions and sustainable societies. The good combination of mechanical properties allows HSLA steels to be widely used in shipbuilding oil industry and automotive industry. For these applications, welding technology is inevitable, however it produces localized microstructural changes and reduction in the levels of mechanical strenght, residual stresses and undesirable defects, which generate potential problems of security and reliability. These welding defects accentuate the fatigue failure process when mechanical components are subjected to cyclic loads. In this work, the influence of the gas metal arc welding process (GMAW) on microstructure, mechanical properties and fatigue life of the HSLA DIN EN 10149 S700MC steel was studied, applying three welding speeds and two different addition metals (AWS ER 70 S-6 and AWS E 110C-G-M). For this purpose, samples of this HSLA steel and welded joints of these two addition metals were studied by microstructural analysis, uniaxial tension tests, microhardness tests and uniaxial tension fatigue tests. The results showed that the welding speed did not cause significant changes in the microstructure of the weld metal and of the heat-affected zone, in the microhardness and in the tensile strength, when the same weld metal was used. However, higher welding speeds caused the increase of the undercut defect. Besides that, an increase in fatigue life of the component with the decrease in welding speed was verified. When welded samples produced with the same welding speed were compared, an increase in the ratio of acicular ferrite in the weld metal zone, in the tensile stress and, consequently, an improvement in the fatigue life of the component was observe as a function of the increase in mechanical resistance of the weld metal.

Devido à resistência dos fabricantes de automóveis quanto à utilização de engrenagens de FNA estudos tem sido feitos para averiguar o desempenho deste material em engrenagens. Dentro deste contexto esta dissertação tem como objetivos principais o desenvolvimento e construção de uma máquina de ensaios de fadiga de contato em engrenagens e a comparação quanto à resistência ao desgaste de engrenagens cilíndricas de dentes retos fabricadas em aço liga 8620 (cementado e temperado) e em ferro fundido nodular austêmperado (FNA). Estas engrenagens foram fornecidas em dois estados de acabamento superficial (shaving ou por fresamento). O equipamento desenvolvido funciona com o princípio de recirculação de potência e é comumente chamado de FZG. Os experimentos de desgaste têm sido feitos com dois estágios de torque: 135 N.m (running-in) e 302 N.m (steady-state) e as engrenagens são de perfil modificado. Após a realização dos ensaios, foi possível verificar que: (1) a área danificada dos flancos, devido ao fenômeno de pitting, das engrenagens de FNA foi maior do que das de aço AISI 8620; (2) a comparação entre os parâmetros de rugosidade nos estágio de fornecimento e após cada estágio do experimento mostra que as engrenagens com acabamento por shaving apresentam uma melhor distribuição da carga e um menor desgaste, (3) o regime de lubrificação na região do diâmetro primitivo durante os ensaios foi o limite (ou limítrofe) para ambos os processos de fabricação, porém o parâmetro de espessura de filme (λ) é maior para engrenagens fabricadas por shaving, fazendo com que a espessura do filme lubrificante seja maior, (4) o efeito da redução da área resistente aos esforços de contato, devido à presença dos nódulos de grafita, na resistência a fadiga foi evidenciado, porém o acabamento superficial mostrou-se mais relevante do que a distribuição e tamanho dos nódulos. / Due to the resistance of automotive manufactures on apply ADI gear studies have been made to verify the performance of this material. Inside this context this work has a main objective the construction of contact fatigue test machine in gears and the comparison, related to the wear resistance, between spur-gears made of carburized and quenched AISI 8620 low steel and austempered ductile iron (ADI). These gears were supplied in two states of finish surface (by shaving or by machining). The developed equipment functions with the principle of the power recirculation and commonly called FZG. The wear experiments were performed in two stages of torque: 135 N.m (running-in) and 302 N.m (steady-state) and the gears have modified profile. After the accomplishment of the experiments, was possible verify that: (1) The damaged area of flanks, due to the phenomenon of pitting, at ADI gears was bigger than AISI 8620 low-alloy steel gears. (2) The comparisons between the roughness parameter in the supply state and after each period of the experiment shows that gears with surface finish by shaving have better load distribution and minor wear. (3) Lubricant regime at pitch diameter was the boundary for both manufacture process, but the film thickness parameter λ is higher for shaved gears, making the lubricant film thickness has major value, (4) The reduction effect the resistive area of contact due the presence of the graphite nodules in the contact fatigue resistance was evidenced, however surface finishing was more relevant than the distribution and size nodules.

Devido à resistência dos fabricantes de automóveis quanto à utilização de engrenagens de FNA estudos tem sido feitos para averiguar o desempenho deste material em engrenagens. Dentro deste contexto esta dissertação tem como objetivos principais o desenvolvimento e construção de uma máquina de ensaios de fadiga de contato em engrenagens e a comparação quanto à resistência ao desgaste de engrenagens cilíndricas de dentes retos fabricadas em aço liga 8620 (cementado e temperado) e em ferro fundido nodular austêmperado (FNA). Estas engrenagens foram fornecidas em dois estados de acabamento superficial (shaving ou por fresamento). O equipamento desenvolvido funciona com o princípio de recirculação de potência e é comumente chamado de FZG. Os experimentos de desgaste têm sido feitos com dois estágios de torque: 135 N.m (running-in) e 302 N.m (steady-state) e as engrenagens são de perfil modificado. Após a realização dos ensaios, foi possível verificar que: (1) a área danificada dos flancos, devido ao fenômeno de pitting, das engrenagens de FNA foi maior do que das de aço AISI 8620; (2) a comparação entre os parâmetros de rugosidade nos estágio de fornecimento e após cada estágio do experimento mostra que as engrenagens com acabamento por shaving apresentam uma melhor distribuição da carga e um menor desgaste, (3) o regime de lubrificação na região do diâmetro primitivo durante os ensaios foi o limite (ou limítrofe) para ambos os processos de fabricação, porém o parâmetro de espessura de filme (λ) é maior para engrenagens fabricadas por shaving, fazendo com que a espessura do filme lubrificante seja maior, (4) o efeito da redução da área resistente aos esforços de contato, devido à presença dos nódulos de grafita, na resistência a fadiga foi evidenciado, porém o acabamento superficial mostrou-se mais relevante do que a distribuição e tamanho dos nódulos. / Due to the resistance of automotive manufactures on apply ADI gear studies have been made to verify the performance of this material. Inside this context this work has a main objective the construction of contact fatigue test machine in gears and the comparison, related to the wear resistance, between spur-gears made of carburized and quenched AISI 8620 low steel and austempered ductile iron (ADI). These gears were supplied in two states of finish surface (by shaving or by machining). The developed equipment functions with the principle of the power recirculation and commonly called FZG. The wear experiments were performed in two stages of torque: 135 N.m (running-in) and 302 N.m (steady-state) and the gears have modified profile. After the accomplishment of the experiments, was possible verify that: (1) The damaged area of flanks, due to the phenomenon of pitting, at ADI gears was bigger than AISI 8620 low-alloy steel gears. (2) The comparisons between the roughness parameter in the supply state and after each period of the experiment shows that gears with surface finish by shaving have better load distribution and minor wear. (3) Lubricant regime at pitch diameter was the boundary for both manufacture process, but the film thickness parameter λ is higher for shaved gears, making the lubricant film thickness has major value, (4) The reduction effect the resistive area of contact due the presence of the graphite nodules in the contact fatigue resistance was evidenced, however surface finishing was more relevant than the distribution and size nodules.