Componentes e equipamentos utilizados na indústria petroquímica estão suscetíveis a presença de descontinuidades e, por esta razão, diversas pesquisas são desenvolvidas com o intuito de aprimorar e criar novos métodos para evitar, remediar ou controlar estas, de forma a não causarem um dano à integridade estrutural. Neste trabalho é avaliado um conjunto de trincas induzidas pelo hidrogênio (TIH), através do método de elementos finitos, com a finalidade de verificar o fenômeno de união das suas extremidades formando uma trinca contínua do tipo SWC (Stepwise Cracking). Também se verifica a influência do conjunto de trincas à integridade da estrutura com base na metodologia Fitness for Service (FFS) através do uso dos diagramas de avaliação de falhas (FAD – Failure Assessment Diagram) indicados pelas normas API-579 / ASME FFS-1 e BS 7910 além do procedimento CEGB-R6. Os resultados mostram que o efeito de interação entre as extremidades é intenso quando estas se encontram próximas umas das outras, confirmando assim a tendência de união das fissuras. Também se constata que o fenômeno é fortemente influenciado pela pressão interna presente nas TIH, esta causada pela presença de hidrogênio. Em relação à aceitabilidade das descontinuidades, é observado que os resultados da avaliação são influenciados pela maneira como a descontinuidade é caracterizada. / Components and equipments of the petrochemical industry are susceptible to the presence of flaws and, for this reason, several studies are developed aiming to improve and create new methods to avoid, remedy and control these flaws in order they will not cause any integrity damage. In this work a cluster of Hydrogen Induced Crack (HIC) is assessed, using the finite element method, with the goal to verify the union phenomena in their tips forming a Stepwise Cracking (SWC) flaw. Also is verified the influence of the cluster to the integrity of the structure based on the Fitness for Service methodology, using the Failure Assessment Diagrams indicated by the Standards API-579 / ASME FFS-1 and BS 7910, also the CEGBR6 procedure. The results show that the interaction effect among the tip of the cracks is considerably intense when they are near to each other, confirming the tendency of union among them. Also this phenomenon is strongly influenced by the internal pressure in the HIC, caused by the presence of atomic Hydrogen diffused in the structure. In relation to the flaw assessment, it is observed that results are strongly influenced on how the flaw is characterized.

Orientador: Maria Odila Hilário Cioffi / Coorientador: Marcos Yutaka Shiino / Banca: Herman Jacobus Cornelis Voorwald / Banca: Rita de Cássia Mendonça Sales Contini / Resumo: O aumento do uso de compósitos estruturais tem levado a uma preocupação constante com a confiabilidade destes materiais. Em particular, o processo de cura das resinas na fabricação é citado como um dos problemas mais significativos no processamento de compósitos estruturais. Assim, para que essa classe de materiais possa ser economicamente viável e atender às exigências dos padrões de qualidade do setor aeronáutico, tecnologias de processamento automatizado e novas formas de matéria-prima estão sendo desenvolvidas e implantadas na fabricação. Desta forma, o objetivo da presente pesquisa foi estudar a influência das propriedades térmicas dos materiais de moldes, utilizados no processamento de compósitos via RTM, nas propriedades finais dos laminados. Foram processadas três placas de compósitos com reforço não dobrável (NCF-non-crimp fabric) biaxial [+45°/-45°] via RTM: em molde de aço 1020, laminado 1; e em liga de alumínio 5052-F, laminados 2 e 3. Para verificar a influência dos materiais dos moldes nas propriedades finais, foram analisadas a tenacidade à fratura interlaminar em modo I e investigação das superfícies de fratura pelo Microscópio Eletronico de Varredura (MEV). O comportamento térmico estudado via análise térmica dinâmico-mecânica (DMA), que avaliou as diferenças no grau de cura dos laminados 1, 2 e 3 com a análise da Tg. Nos processamentos, evidenciou-se que o molde de alumínio apresentou maior controle e estabilidade térmica, enquanto que o molde de aço aprese... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The increase use of structural composites has led to a constant concern on the reliability of these materials. In particular, curing process of resins during manufacturing are cited as one of the most significant problems in the structural composites. Therefore, in order to this class of materials can be economically viable and meet the requirements of quality in the aeronautic industry standards, automated processing technologies and new materials have been developed and implemented in manufacturing sector. Thus, this research aimed to investigate the influence of thermal properties of the mold, which was used in the processing of composites via RTM, on the final properties of the laminates. Three composite plates comprised with NCF (non-crimp fabric) reinforcement, which has biaxial [+45°/-45°] configuration, and epoxy matrix. Two molds were employed for this investigation: steel 1020, for laminate 1, and aluminum alloy 5052-F, for laminates 2 and 3, all laminates with the same fiber stacking sequence. The influence of the materials of the molds in the final properties were verified with interlaminar fracture toughness in mode I (GIc), and their images of the fractured surfaces investigated by Scanning Electron Microscope (SEM). The thermal analysis conducted with Dynamic Mechanical Thermal Analysis (DMA), which evaluated the differences in the degree of cure of laminate 1, 2 and 3 by vitreous temperature transitions (Tg). It was evidenced that the aluminium mold showed bet... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Submitted by Fatima Fonseca (fatima.fonseca@sibi.ufrj.br) on 2017-09-05T17:45:48Z No. of bitstreams: 1 144571.pdf: 910047 bytes, checksum: 7aae27be9ae200211d5fdc9088dd18be (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-05T17:45:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 144571.pdf: 910047 bytes, checksum: 7aae27be9ae200211d5fdc9088dd18be (MD5) Previous issue date: 1976-12 / Discuti o problema da fratura em materiais frágeis e obter os fatores de intensidade de tensões através do método dos elementos finitos - modelo híbrido de deslocamentos. Inicialmente são apresentados conceitos fundamentais e teorias da Mecânica da Fratura. Em seguida é estudado o funcional híbrido, no qual os deslocamentos são assumidos independentemente, no interior e no contorno dos elementos. São desenvolvidos dois elementos - um regular, outro singular - adequados à discretização de domínios planos contendo fissuras retilíneas. Finalmente são apresentadas explicitamente, as matrizes auxiliares na montagem do sistema de equações lineares obtido via extremização do funcional híbrido. / In this work the problem of brittle fracture is discussed, attempting to obtain the stress intensity factors. In doing so a hybrid displacement finite element model is used. The fundamental concepts and theories of Fracture Mechanics are presented, firstly. Then, a hybrid functional, in which the displacements in the interior and on the boundary of the elements are assumed independently, is studied. Two different elements - a regular and a singular one - that can be used to the discretization of plain domains containing rectilinear cracks, are developed. Finally, the matrices employed in the assembling of the linear system of equations, obtained from the stationary value of the hybrid functional are explicitly derived.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:10:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseRSY.pdf: 1549037 bytes, checksum: a3815021f9701d87e609f6d19b7f4531 (MD5) Previous issue date: 2005-03-11 / Universidade Federal de Minas Gerais / Initially it was made a well elaborated study on the essential work of fracture method (EWF) using the polyamide 6 (PA6) because this polymer shows high difficult to evaluate its toughness. The PA6 is a semi-crystalline polymer, so its mechanical properties are highly affects by the specimen processing conditions. This material is also highly susceptible to the notch, so it is necessary to study how the conditions to obtain the notch and pre-crack can affect the applicability of the EWF method. The best specimen dimension to work in plane stress condition was determined for the uniaxial tensile test. This first study allowed determining the best specimen condition to apply the EWF method. The EWF method was used to evaluate the toughness of polymeric blends. One of the blend was prepared with a semi-crystalline matrix (PA6/ABS) and other with amorphous matrix (PC/ABS). It was also studied the efficiency of the MMA-MA compatibilizer on the PA6/ABS blend toughness. The results allowed concluding that the EWF method was able to verify the improvement of toughness in the blends when compared with the pure polymers as well as the improvement of toughness when the compatibilizer is added to the blend. It was also studied the influence of specimen thickness, strain rate and injection molding conditions like injection speed and mold temperature on the parameters of EWF method. The results allowed concluding that all variables affected the specific essential work of fracture, we, while the specific nonessential work of fracture, βwp, was not affect by that variables, except in the highest test speed for PA6 and in the different thickness for the PA6 and PA6/ABS/MMA-MA blend. / Inicialmente foi realizado um estudo criterioso sobre o método do trabalho essencial de fratura (EWF) utilizando-se a poliamida 6, pois este polímero apresenta grandes dificuldades quanto à avaliação de sua tenacidade. A poliamida 6 é um polímero semicristalino, portanto, suas propriedades mecânicas são altamente influenciadas pelas condições de processamento dos corpos de prova. Apresenta também alta susceptibilidade ao entalhe necessitando, portanto, um estudo da influência das condições de confecção do entalhe e da pré-trinca. Nesta etapa inicial, verificaram-se também as dimensões ideais dos corpos de prova para garantir a condição de estado de tensão plana no ensaio de tração uniaxial. Este estudo permitiu determinar a melhor condição de obtenção de corpos de prova para a aplicação do método EWF. Na etapa seguinte utilizou-se o método EWF para a avaliação da tenacidade de blendas poliméricas com matriz semicristalina (PA6/ABS) e com matriz amorfa (PC/ABS), e também a eficiência do compatibilizante MMA-MA na tenacificação da blenda PA6/ABS. Os resultados obtidos permitiram concluir que a aplicação do método EWF para a avaliação da tenacidade das blendas em relação aos polímeros puros foi altamente satisfatória, bem como, a avaliação do efeito do compatibilizante na tenacidade da blenda PA6/ABS. A etapa final foi dedicada para avaliação de influência de variáveis que poderiam afetar os valores dos parâmetros de fratura do método EWF. Foram realizados estudos da influência da espessura do corpo de prova, da taxa de deformação e das condições de moldagem por injeção através da velocidade de injeção e temperatura do molde. Os resultados obtidos permitiram concluir que todas as variáveis afetaram os valores da tenacidade à fratura, através de mudanças nos valores do trabalho essencial de fratura específico, we, enquanto que o trabalho específico não-essencial ou plástico, βwp, apresentou-se independente das variáveis, com exceção da PA6 à alta taxa deformacional e PA6 e da blenda PA6/ABS/MMA-MA em diferentes espessuras.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:12:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5163.pdf: 11516846 bytes, checksum: 03f054efca1b0f8ca8ec44ede8d31fad (MD5) Previous issue date: 2012-04-11 / Universidade Federal de Sao Carlos / Thermoplastic composites reinforced with short glass fibers, to be used in technical engineering applications, usually requires a good balance of properties, such as strength and tenacity. For the case of the composite of polypropylene reinforced with glass fibers, which presents a superior cost/mechanical performance when compared to other composites with matrices like polyamide and polyesters, high mechanical performance can only be achieved by an increase in fiber-polymer interfacial interaction, which is low due to the non-polar character of the PP matrix. This problem was solved by the adequate use of aminosilane coupling agent combined with an interfacial compatibilizer and its ideal content, which defines the balance between properties like strength and tenacity, still is a matter that needs further investigation. Therefore, the main goal of the present work was to evaluate the influence of maleated PP (PP-g-MAH) compatibilizer on short therm mechanical properties (tensile, flexural and impact strength) and on mechanical fracture mechanism, through the analysis of essential work of fracture (EWF), in composites of PP reinforced with equivalent fiber contents (30% in weight in the composite) of two types of glass fibers with different sizings, one compatible with matrices consisting of PP (GF968) and the other compatible with polar matrices such as polyamides (GF983). The tensile, flexural and impact strength analysis along with SEM microscopy, showed that the failure in these composites is due to achieving the maximum shear strength of the interface between the matrix and the PP-co-siloxane copolymer interphase. The results of EWF showed that the main contribution to the process of deforming energy dissipation it s attributed to the specific essential work of fracture (we), during the creation of new surfaces, associated to the mechanism of decoupling, pullout and fiber-polymer interface/interphase deformation. / Compósitos de termoplásticos reforçados com fibras de vidro curtas (TPRFVc), empregados em aplicações técnicas de engenharia, normalmente requerem um bom balanço de propriedades de rigidez, resistência e tenacidade. Para o caso do compósito de polipropileno reforçado com fibras de vidro curtas (PP/FV) o qual apresenta uma relação custo/desempenho mecânico superior em relação a outros compósitos de matrizes tais como poliamidas e poliésteres, alto desempenho mecânico só pôde ser assegurado a partir de um aumento da interação interfacial fibra-polímero que é baixa devido ao caráter apolar da matriz de PP. Este problema foi resolvido através do uso de adequado agente de acoplagem aminosilano combinado com um compatibilizante interfacial e, seu teor ideal, que define o equilíbrio das propriedades de rigidez e tenacidade, ainda é um tema que carece de investigação. Sendo assim, o principal objetivo deste trabalho foi o de avaliar a influência do teor do compatibilizante de PP maleado (PP-g-MAH) em propriedades mecânicas de curta duração (resistência à tração, flexão e impacto) e no mecanismo de fratura mecânica, através da análise de trabalho essencial de fratura (EWF), em compósitos de PP reforçado com teores equivalentes (30% em peso) de dois tipos de FV curta pré-tratada com encimagens distintas; uma compatível com matrizes de PP (FV968) e outra compatível com matrizes polares de poliamidas (FV983). A análise de propriedades de resistência à tração, flexão e ao impacto conjuntamente com microscopia MEV mostrou que a falha nestes compósitos se deve ao alcance da máxima resistência ao cisalhamento na interface matriz-interfase de copolímero de PP-co-siloxano. Os resultados da técnica de EWF indicam que a principal contribuição ao processo de dissipação de energia deformacional é atribuída ao trabalho essencial de fratura específico (we), durante a criação de novas superfícies, associado aos mecanismos de desacoplamento e arrancamento das fibras e de deformação da interface/interfase fibra-polímero.

Submitted by Luciana Sebin (lusebin@ufscar.br) on 2016-10-06T12:12:03Z No. of bitstreams: 1 DissDBB.pdf: 5945041 bytes, checksum: 5a06b23fa8083a6bb659bd41406da36b (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-10-13T20:19:48Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissDBB.pdf: 5945041 bytes, checksum: 5a06b23fa8083a6bb659bd41406da36b (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-10-13T20:19:58Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissDBB.pdf: 5945041 bytes, checksum: 5a06b23fa8083a6bb659bd41406da36b (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-13T20:20:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissDBB.pdf: 5945041 bytes, checksum: 5a06b23fa8083a6bb659bd41406da36b (MD5) Previous issue date: 2015-09-21 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / The oil exploitation and production in deep water involves drilling risers with over 7 km deep. In this condition, the environments found in such wells are too adverse, acting under the exploration and production equipment, high pressures, low temperatures, severe conditions of corrosion, wear and enabling environments to hydrogen formation in the presence of H2S. Stainless steels, such as supermartensitic, duplex and super duplex have corrosion resistance and mechanical properties suitable for use in pipes in oil exploitation; however, such materials have low wear resistance. Recent studies in DEMa-UFSCar shown promising results related to supermartensitic stainless steel with boron addition, promoting the borides formation which, in turn, increases the wear resistance of these materials. In this situation, no studies have yet been performed in relation to another critical requirement in this type of request: the hydrogen permeation. It is known that hydrogen in its atomic form, when it diffuses through the steel is deleterious to the mechanical properties. Thus, a more detailed study is needed to assess the influence of this element in such properties, analyzing his performance in microstructural character. The materials produced were characterized by techniques with X-ray diffraction (XRD), optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy (SEM). After this stage, tensile specimens were hydrogenated by electrolytic technique and tested with low strain rate. The results were compared with the same material without a prior hydrogenation and showed a major influence of the microstructure in relation to the reduction of the absolute value of some important mechanical properties. / A exploração e produção do petróleo em águas profundas envolve a perfuração de poços com mais de 7 km de profundidade. Nessa condição, os ambientes encontrados em tais poços são demasiadamente severos, exercendo sob os equipamentos de exploração e produção, pressões elevadas, baixas temperaturas, condições severas de corrosão, desgaste e ambientes propícios à formação de hidrogênio na presença de sulfeto de hidrogênio (H2S). Aços inoxidáveis, como o supermartensítico, duplex e superduplex, por exemplo, possuem resistência à corrosão e propriedades mecânicas adequadas para utilização em tubos na exploração do petróleo, no entanto, tais materiais possuem baixa resistência ao desgaste. Trabalhos recentes realizados no DEMa-UFSCar mostraram resultados promissores relacionados ao aço supermartensítico com a adição de boro, promovendo a formação de boretos que por sua vez aumentam a resistência ao desgaste desses materiais. Nesta situação, é necessário um estudo mais aprofundado em relação a outro requisito fundamental nesse tipo de solicitação: a permeação do hidrogênio. É conhecido que o hidrogênio em sua forma atômica, quando se difunde através dos aços é deletério para as propriedades mecânicas. Dessa forma, um estudo mais detalhado é necessário para avaliar a influência desse elemento em tais propriedades (como limite de resistência a tração e deformação até a fratura), analisando sua atuação em caráter microestrutural. Os materiais produzidos foram caracterizados por técnicas como difração de raios X, microscopia ótica e microscopia eletrônica de varredura. Após essa etapa corpos de prova de tração foram hidrogenados por via eletrolítica e ensaiados com baixa taxa de deformação. Os resultados foram comparados com os mesmos materiais ausentes de uma hidrogenação prévia e mostraram uma grande influência da microestrutura na redução do valor absoluto de algumas propriedades mecânicas importantes.

Made available in DSpace on 2015-05-08T14:59:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2868395 bytes, checksum: b10d164ec19e4c715c2737353d202c35 (MD5) Previous issue date: 2014-07-17 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The steady growth in the use of structural steel has been studied by researchers and companies in underwater applications with the use of solder joints with dissimilar steels. To apply this type of joint in this type of environment, makes use of cathodic protection systems, which promotes the release of hydrogen ions favoring the appearance of unexpected fractures in materials. In the study, were fabricated joints of AISI 8630M previously buttered with the electrode AWS ER80S-D2 (on low carbon steel) for evaluation. Hardness and microhardness tests with and without heat treatment for stress relief, tensile test of the base metal and weld metal, and determining fratrura toughness of the base metal and weld were performed with and without the presence hydrogen, determining and comparing the fracture toughness through the CTOD parameter. The results showed that the buttery stuff in decreased hardness and hardness when it was heattreated, with greater intensity in the heat affected zone region besides having a better uniformity in the results. For the final welding, the welding power is used in the union of dissimilar joint, did not alter the properties of the buttery stuff. CTOD The results indicated a reduction in toughness of the base metal fracture by 25% and 11% in the welded joint. And fractográficas analyzes showed that, despite the influence of hydrogen, the micromechanics of fracture, showed up for ductile general / O constante crescimento da utilização de aços estruturais vem sendo estudado por pesquisadores e empresas em aplicações subaquáticas com a utilização de uniões soldadas com aços dissimilares. Para a aplicação desse tipo de junta neste tipo de ambiente, utilizase de sistemas de proteção catódica, a qual promove a liberação de íons hidrogênio favorecendo o aparecimento de fraturas inesperadas nos materiais. No estudo, foram fabricadas juntas do aço AISI 8630M previamente amanteigado com o eletrodo AWS ER80S-D2 (liga de aço baixo carbono) para a avaliação. Foram realizados ensaios de dureza e microdureza com e sem tratamento térmico para alívio de tensões, ensaio de tração do metal de base e do metal de solda, e a determinação da tenacidade à fratrura do metal de base e da junta soldada com e sem a presença de hidrogênio, determinando e comparando a tenacidade à fratura, através do parâmetro CTOD. Os resultados mostraram que o material amanteigado apresentou redução na dureza e microdureza quando foi tratado termicamente, com maior intensidade na região da zona afetada pelo calor além de apresentar uma melhor uniformidade nos resultados. Para a soldagem final, a energia de soldagem, utilizada na união da junta dissimilar, não alterou as propriedades do material amanteigado. Os resultados de CTOD, indicaram uma redução da tenacidade à fratura do metal de base em 25% e da junta soldada em 11%. As análises fractográficas, mostraram que, apesar da influência do hidrogênio, os micromecanismos das fraturas, apresentaramse de forma geral ductil

Orientador: Marcelino Pereira do Nascimento / Coorientador: Luis Rogerio de Oliveira Hein / Banca: Herman Jacobus Cornelis Voorwald / Banca: Claudio Ruggieri / Resumo: Na exploração e transporte de petróleo e gás em águas profundas, os dutos submarinos estão sujeitos a altas tensões e devem suportar elevadas cargas estáticas e dinâmicas oriundas da pressão externa e interna do fluido, do próprio peso e das correntes marítimas as quais podem levar a falhas catastróficas. O comportamento em fadiga dos tubos empregados em sistemas de dutos submarinos vem sendo estudado através de ensaios de propagação de trincas por fadiga, a fim de se obter dados experimentais para definição de inspeções mais seguras de manutenção periódica. O objetivo deste trabalho foi avaliar o comportamento da propagação de trinca por fadiga no metal base localizado a 90° e a 180° da junta soldada, bem como no metal de solda da junta soldada longitudinal formada pelo processo a arco submerso de dutos submarinos API 5L X70 destinados ao transporte de gás, petróleo e seus derivados. Os ensaios de propagação de trincas por fadiga foram realizados de acordo com a norma ASTM E-647 em corpos de prova do tipo tração compacto C(T). As curvas da taxa de propagação de trinca por fadiga (da/dN) em função de ΔK e as respectivas constantes da lei de Paris foram obtidas a partir de carregamentos sob amplitude constante com razão de carga 0,1. Para cada região do metal base foram extraídos dois corpos de prova ao longo da espessura, sendo um nas proximidades do diâmetro externo e o outro nas proximidades do diâmetro interno. Analogamente em relação ao metal de solda, foi retirado um corpo de prova com entalhe na solda de raiz e outro na solda de reforço. A partir das curvas a vs. N pôde-se inferir que o metal base localizado a 90° da junta soldada tendeu a apresentar uma menor resistência ao crescimento da trinca quando comparado ao metal base localizado a 180°. De maneira geral, os resultados obtidos a partir das ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In deep water offshore extraction and transport of oil and gas, the pipelines are undergo high stresses. It has to withstand high static and dynamic loads arising from external and internal fluid pressure, its own weight and sea currents that can lead to catastrophic failures. The fatigue behavior of the employed pipe in the offshore pipeline systems has been studied with aid of fatigue crack growth tests, in order to obtain experimental data for definition of safer periodic maintenance inspections. The objective of this work was to assess the fatigue crack propagation behavior in the base metal 90° and 180° from the welded joint of offshore pipeline API 5L X-70 grade steel commonly employed in the transport of oil and gas. In addition, the fatigue test was carried out in the weld metal of a longitudinal welded joint obtained by SAW (Submerged Arc Welding) process. The fatigue crack propagation tests were performed in accordance with ASTM E647 from compact tension specimens C(T). The crack growth rates curves (da/dN) as a function of ΔK and the Paris law constants were obtained under constant load amplitude conditions at the stress ratio level of 0,1. For each specific region of base metal (90° and 180°) two specimens were taken across the thickness, one close to the outside diameter and other nearby to the inner diameter. Likewise, two samples were taken from weld metal, one specimen for a root weld and one for a reinforcement weld. From the a vs. N curves it could be inferred that the base metal specimens taken from location 90° tended to have lower fatigue crack growth resistance than the base metal taken from location 180°. Overall, the achieved outcomes from da/dN vs. ΔK curves indicated that the fatigue crack growth rate for the base metal taken from location 90° was higher than base metal taken from location 180°... (Complete abstract click eletronic access below / Mestre

Orientador: Luis Rogerio de Oliveira Hein / Banca: Edson Cocchieri Botelho / Banca: Peterson Luiz Ferrandini / Banca: Mirian de Lourdes Noronha Motta Melo / Banca: Miguel Justino Ribeiro Barboza / Resumo : A fractografia quantitativa é considerada uma importante ferramenta de investigação de falhas em materiais, pois proporciona uma série de informações relevantes a partir das superfícies de fratura, considerando as características microestruturais e os mecanismos de falha que governam a fratura do material. Por meio da análise quantitativa, buscam-se processos investigativos dinamizados e resultados mais precisos. Muitos autores têm proposto o uso de fractais na análise quantitativa de falhas estruturais. Dentro deste contexto, a superfície de fratura seria um fractal misto ou multifractal, porque a formação de sua topografia depende de variações microestruturais e do campo de tensões atuantes na ponta da trinca. Sendo assim, o objetivo principal deste trabalho é avaliar as relações entre tenacidade à fratura (modos I e II) e o comportamento fractal de materiais de diversas classes, avaliando a associação entre a ação de micromecanismos de fratura e a formação do relevo das superfícies de fratura. Os materiais utilizados foram compósito carbono/epóxi, resina fenol-formaldeído, titânia e aço 15-5PH, que foram ensaiados em diferentes modos de carregamento (ensaio DCB, ENF, SCB e KC) e em diferentes condições. A aquisição das imagens das superfícies de fratura foi feita com o uso de um microscópio óptico de reflexão e as topografias obtidas pelo método de reconstrução por extensão de foco. A dimensão fractal foi calculada usando-se o método box-counting, sendo, posteriormente, classificada como dimensão textural (Dt), que descreve um processo físico que controla a rugosidade da superfície, e dimensão estrutural (Ds), onde as características estruturais do material se emergem. Os resultados demonstraram que quando comparados os valores de tenacidade à fratura, nos modos I ou II de carregamento, com as ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Quantitative fractography is considered an important tool for investigating flaws in materials; it provides a lot of relevant information from the fracture surfaces, considering the microstructural characteristics and failure mechanisms that govern the fracture of the material. Through quantitative analysis, investigative processes can be more accurate, with justified conclusions. Many authors have proposed the use of fractals in quantitative analysis of structural failures. Within this context, the fracture surface would be a mixed fractal or multifractal, because the formation of its topography depends on microstructural variations and the field stresses acting at the crack tip. Thus, the main objective of this work is to evaluate the relationship between fracture toughness (mode I and II) and fractal behavior of various classes of materials, evaluating the association between the action of fracture micromechanisms and the relief formation of fracture surfaces. The materials used were carbon/epoxy composite, phenol formaldehyde resin, titania and 15-5PH steel, which were tested in different loading modes (test DCB, ENF, SCB and KC) and in different conditions. The acquisition of images of the fracture surfaces was performed using an optical microscope and reflection topographies obtained by extended depth from focus reconstruction method. The fractal dimension was calculated using the box-counting method, and subsequently classified as textural dimension (Dt), which describes a physical process which controls surface roughness, and structural dimension (Ds), where the structural characteristics of ... (Complete abstract click eletronic access below) / Doutor

Orientador: Osvaldo Luís Manzoli / Banca: Túlio Nogueira Bittencourt / Banca: Estevam Barbosa de Las Casas / Resumo: Este trabalho tem o propósito de contribuir para a generalização tridimensional de problemas de análise numérica da propagação de fissura, mediante a formulação de elementos finitos com descontinuidade incorporada. Em problemas planos as descontinuidades correspondem a linhas que podem ser elaboradas de uma forma relativamente simples, através da construção sequencial de segmentos retos, orientados conforme a direção de falha no interior de cada elemento finito do sólido. Na análise tridimensional a construção do caminho de descontinuidade é mais complexa, pois devem ser construídas superficiais planas no interior de cada elemento e essas superfícies planas devem ser contínuas entre os elementos. É apresentada, nesse trabalho, uma técnica alternativa de construção do caminho de descontinuidade em análises tridimensionais baseado na solução de um problema análogo ao problema de condução de calor, estabelecido a partir de orientações locais de falha, baseado no estado de tensão do problema mecânico. A solução do problema equivalente é obtida utilizando a mesma malha e interpolações do problema mecânico. Para minimizar o esforço computacional, é proposta uma estratégia na qual a análise para mapear o caminho da descontinuidade é restrita ao domínio formado por alguns elementos próximos à superfície de fissura, que se desenvolve ao longo do processo de carregamento. Para validar a metodologia proposta foram realizadas análises tridimensionais de problemas básicos de fratura experimentais e seus resultados foram contrastados com os resultados encontrados na bibliografia. Realizou-se também a comparação do tempo de processamento entre o algoritmo proposto e o algaritmo global para as mesmas análises mencionadas acima. Como resultado, constatou-se que o algoritmo proposto conseguiu descrever satisfatoriamente as trajetórias de descontinuidade, consumindo menor tempo de processamento / Abstract: This work contributes to the generalization to 3D problems of numerical analysis of crack propagation, through finite elements formulation with embedded discontinuity. In plane problems the discontinuities correspond to lines that can be tracked in a relatively simple way, by sequentially constructing straight segments, following the crack orientation inside each solid finite elements. In tree-dimensional analysis the tracking scheme is more complex since planar surfaces must be constructed inside each element and these planar surfaces must be continuous between elements. It is show in this work, an alternative version of discontinuity path construction technique in three-dimensional analysis based on the solution of an analogous heat conduction problem, established from the local failure orientation based on the stress state of the mechanical problem. The solution of the equivalent problem is obtained using the same mesh and interpolations of the mechanical problem. To minimize computational effort, a strategy is proposed in which the analysis to track the discontinuity path is restricted to the domain formed by few elements near the crack surface front, which develops along the loading process. To validate the poposed methodology three-dimensional analysis of experimental fracture test were performed and the results were contrasted with those obtained from the literature. The comparison between the process time of the proposed algorithm and the global algorithm was performed too. It was found that the proposed algorithm was able to describe the discontinuity path satisfactorily with reduced computational time / Mestre