Orientador: Antonio Jorge Abdalla / Coorientador: Marcelo dos Santos Pereira / Banca: Tomaz Manabu Hashimoto / Banca: Fernando de Azevedo Silva / Banca: Carlos Antonio Reis Pereira Baptista / Banca: Danieli Aparecida Pereira Reis / Resumo: Os aços Maraging são aços de ultra-alta-resistência, tem composição à base de ferro ligado com cerca de 18% de níquel, com limite de esoamento entre 1.400 a 2.500 MPa. Possuem propriedades superiores, tais como a alta ductilidade, boa soldabilidade, tratamento térmico simples sem deformações, boa usinabilidade, alta resistência e resistência ao desgaste. A sua boa tenacidade permiti que suporte tensões repetidas de fadiga por maior tempo, comparado com outros aços de alta resistência. Para o presente trabalho, a partir de diversos testes de solda a laser, aplicação de tratamentos térmicos e tratamento superficial de nitretação a plasma, foram estudadas as propriedades mecânicas através de ensaios de tração, fadiga, impacto, dureza e rugosidade. Foram também analisadas, com auxílio do Microscópio Óptico, as características microstuturais da zona de fusão (ZF), zona térmica afetada (ZTA) pelo calor da solda e camada nitretada. Com o auxílio de um Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV) analisou-se o mecanismo da fratura e foram realizadas análises por E.D.S. (Energia Dispersiva de Raios X). Foram realizados vários teste com tempos e temperaturas para se definir a melhor condição de envelhecimento, obteve-se a temperatura de 480°C por 3 horas como satisfatoria. A solda a laser mostrou-se eficaz para a união das chapas, com perda de resistência inferior a 10%, quando comparada com a resistência do aço maraging sem solda. As análises da superfície fraturada mostram que a ruptura dos corpos de prova soldados ocorrereu na região da zona fundida, e possui natureza dúctil, com a formação de dimples, para todas as condições de tratamento térmico, o processo de soldagem e nitretação a plasma não alteraram o tipo de fratura típica dos aços maraging. A vida em fadiga não foi prejudicada ...( Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Maraging Steels are ultra-high-strength, that have their composition based on iron alloyed with approximately 18% Nickel, with yield strength between 1.400 to 2.400 MPa. They have superior properties, such as high ductility, good weldability, simple heat treatment without deformation, good machinability, high strength and wear resistance. Their hardness and resistance allow them to supports repeated stress of longer fatigue in comparison with other high strength steels. The maraging steel has a significant cost advantage due to the good workability, predictable and uniform retraction during heat treatment, making this steel be promising. For this work, from various laser welding tests, heat treatment and surface treatment of plasma nitriding, The mechanical properties were studied by means of testing: traction; fatigue; impact; hardness; and roughness. We also analyze, with the aid of optical microscope, the microstructural characteristics of the fusion zone (FZ), the heat affected zone (HAZ) due the welding and by nitrided layer. With the aid of SEM (Scanning Electron Microscope) and EDS (Energy Dispersive Scanning), we analyzed the fractured mechanisms. Several tests were carried out with times and temperatures to determine the best aging condition and the chosen temperature was 480°C for 3 hours. The application of laser welding seems to be effective for joining the plates with loss in the yield strength or tensile strength less than 10%, compared with the strength of maraging steel without welding. The analyses of the fractured surface showed that the rupture of the welded samples occurred in the fused zone region and has ductile nature, with formation of dimples for all heat treatment conditions. The welding and plasma nitriding process have not modified the type of typical fracture of the maraging steel. The life in ... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Orientador: Sheila Canevese Rahal / Banca: Alfredo Feio da Maia Lima / Banca: Celso Ribeiro / Resumo: Entre os modelos de fixadores internos há um sistema denominado S.P.S. Free-Block, cuja placa possui um anel trava que possibilita o bloqueio do parafuso em angulações variadas. Visto os poucos estudos biomecânicos com o sistema, o presente trabalho avaliou a influência da orientação do parafuso bloqueado na resistência da montagem. Foram usados cilíndricos sintéticos, nos quais foram promovidas falhas segmentares de 10 mm. As placas de aço com 7 furos (2 DCP e 5 bloqueados) foram montadas de acordo com a posição dos parafusos nos orifícios bloqueados: Grupo 1 - parafusos monocorticais posicionados em 90º, Grupo 2 - parafusos monocorticais posicionados de forma inclinada em 20º. Os parafusos dos orifícios DCP foram aplicados rotineiramente em posição neutra e de maneira bicortical. Na região da falha segmentar o orifício do parafuso bloqueado situado no centro da placa entre os DCP foi mantido livre. Em cada grupo, seis montagens foram testadas até a falência, três em flexão em quatro pontos e três em compressão axial, para determinar as cargas de teste. Posteriormente, em cada grupo, 14 montagens foram testadas até a falência em fadiga, sete em flexão e sete em compressão. Pela análise estatística não houve diferença na rigidez das construções entre os Grupos 1 e 2, tanto nos testes estáticos como nos de fadiga. Conclui-se assim que, em modelo de falha segmentar, o posicionamento do parafuso monocortical bloqueado não influenciou a resistência mecânica das montagens / Abstract: Among the locked internal fixators is one denominated S.P.S. Free-Block that was designed with a locking ring that allows the screw to be locked and positioned obliquely. Due to the paucity of biomechanical studies on this system, the present work aimed to evaluate the influence of locked screw orientation on the resistance of the S.P.S. Free-Block plate. Non-osteoporotic synthetic bone cylinders with 10 mm fracture gap were used. Seven-hole 3.5 mm stainless steel plates (two DCP holes and five locked holes) were assembled according to the orientation of the blocked screws: monocortical screws positioned at 90º to the long axis of the cylinder (G1), and monocortical screws positioned at 20º to its cylinder long axis (G2). In both groups, DCP hole screws were positioned bicortically and neutrally. In the region of the fracture gap, the locked screw hole at the plate's center was unfilled. For each group, six specimens were tested until failure, three in bending and three in compression, to determine the loads for fatigue testing. Subsequently, for each group, 14 specimens were tested for failure, seven by bending and seven in compression. No significant failure differences were observed between Groups 1 and 2 under static-loading or fatigue test. In a fracture gap model the orientation of the locked monocortical screws did not show any influence on the mechanical performance of the S.P.S. Free-Block / Mestre

Esse trabalho teve como objetivo analisar a influência da temperatura de revenimento na tenacidade à fratura dinâmica e na tenacidade à fratura assistida pelo ambiente de um aço inoxidável martensítico AISI 420. Para realização do tratamento térmico de revenimento as temperaturas de 380 e 540ºC foram selecionadas, sendo que esta última situa-se dentro da faixa de fragilização ao revenido desse material. Todos os ensaios reproduzidos neste trabalho foram realizados à temperatura ambiente utilizando corpos de prova da mecânica da fratura do tipo SE(B). As análises dos resultados obtidos mostraram uma grande susceptibilidade desse aço à fragilização ao revenido, inclusive com a mudança dos micromecanismos de fratura envolvidos no processo de falha, quando exposto ao ambiente de água do mar sintética sob proteção catódica de - 1100mVECS e a condições dinâmicas de carregamento, onde observou-se, respectivamente, uma redução na ordem de 60% e 30% do valor de tenacidade à fratura do material. / This study aimed to analyze the influence of tempering temperature on dynamic toughness and environment toughness of a stainless steel AISI 420. To carry out this study the tempering temperatures of 380 and 540ºC were selected, with the last one being within the range of the embrittlement of this material. All tests reproduced in this work were performed at room temperature on specimens of the mechanical fracture SE (B). The analysis of the obtained results showed a great susceptibility of this steel to the tempering embrittlement, with the change of fracture micromechanisms involved in the failure process, when exposed to the environment of synthetic sea water under cathodic protection of -1100mVECS and to dynamic conditions of loading, where a reduction in the order of 60% and 30% of the fracture toughness value of the material was observed, respectively.

No trabalho estuda-se o crescimento de trincas em carga monotônica e cíclica nos casos de materiais quase-frágeis, introduzindo uma lei de dano cíclico. Revisam-se conceitos sobre modelos coesivos, leis de carga-descarga, leis de evolução de dano e efeito de escala. É seguido o modelo coesivo irreversível proposto por Wang e Siegmund (2006). Em particular se dá ênfase aos efeitos de escala não estatísticos. O modelo de zona coesiva irreversível apresenta uma formulação de dano e considera carregamento em fadiga. Quando o tamanho estrutural é reduzido (ou as trinca se extendem), a fratura por fadiga não mais ocorre por propagação de trinca, mas sim por uma decoesão uniforme. O objetivo desde trabalho é implementar este modelo e verificar sua potencialidade na captura de efeitos de escala, comparando com experimentos e dados disponíveis na literatura. / At present work is intended to study crack growth in cyclic and monotonic loading in the case of quasi-brittle materials, introducing a damage mechanism, is reviewed concepts of cohesive models, loading-unloading laws, damage evolution laws and effect of scale. The irreversible cohesive zone model proposed by Wang e Siegmund (2006) is followed. In particular emphasizes in the not statistical size effects. The irreversible cohesive zone model, presents a damage formulation and considers fatigue loading. It is demonstrated in this study that, when the structure size is reduced (or extend cracks), the fatigue fracture no longer occurs by crack propagation, then occurs by uniform decohesion . The objetive of this work is implementing this model and verify its capability to capture the scale effect compared with experiments and data available in literature.

Uma das regiões produtoras de petróleo offshore que representa um papel importante na vanguarda dos desafios de extração em altas profundidades é a província do Pré-Sal, situada na costa brasileira, composta por grandes acumulações de óleo leve de excelente qualidade. O óleo proveniente dos poços do Pré-Sal brasileiro contém CO2 dissolvido, e após as separações de óleo e gases liberar o CO2 na atmosfera não condiz com as tentativas da indústria mundial em reduzir a emissão de gases do efeito estufa. Uma alternativa econômica e ecologicamente viável é a injeção do dióxido de carbono nos reservatórios para aumentar o fator de recuperação de óleo e, ao mesmo tempo, garantir a captura e armazenamento geológico deste gás. Caso haja uma descompressão repentina devido a uma falha nas linhas de transporte do CO2, uma abrupta redução de temperatura é observada nas paredes do vaso próximas ao vazamento. Uma vez que diretrizes de projeto indicam a utilização de materiais com boa tenacidade em baixas temperaturas, a utilização de aços ligados ao níquel se faz uma boa alternativa no transporte de CO2. O presente estudo visa avaliar a influência do tratamento térmico de têmpera e revenido na tenacidade à fratura de aços ligados ao níquel, conhecidos como 5,5Ni e 9Ni, em temperatura ambiente e também a -100 °C, bem como avaliar a ação do hidrogênio nestes aços quando em baixa temperatura. Foram utilizados corpos de prova do tipo SE(B) da mecânica da fratura sem e com tratamento térmico. Foi possível observar que os tratamentos térmicos de têmpera e revenido foram muito eficientes para manter a tenacidade original do aço 5,5Ni na temperatura de -100 °C. De fato, na condição de bruto de laminação, os valores de CTOD para esse aço nessa temperatura foram muito inferiores daqueles encontrados na temperatura ambiente, indicando que esse material experimenta uma transição muito importante do comportamento em fratura em baixas temperaturas. Já o aço 9Ni sem tratamentos térmicos apresentou valores praticamente constantes de CTOD nas condições de ensaio, com um leve aumento nos valores médios após a têmpera e revenido, principalmente em baixa temperatura. Não foi verificada grande influência do carregamento de hidrogênio nos resultados da tenacidade à fratura dos aços 5,5Ni e 9Ni na temperatura de -100 °C, uma vez que os valores de CTOD nestas condições apresentaram uma leve redução em relação aos valores para os aços sem hidrogenação e ensaiados na temperatura de -100 °C. / One of the regions offshore where the oil production performs an important role in the forefront of the challenges in deep-water extractions is the Pre-salt region, located in Brazilian coast, containing big concentrations of light oil with an excellent quality. The oil from Brazilian Pre-salt oilfields contains dissolved CO2, and after the oil and gases separation, simply release the CO2 in the atmosphere does not match the efforts of the global industries to reduce the greenhouse gases emissions. A viable economic and ecological alternative is the carbon dioxide injection into the reservoirs to enhance the oil recovery factor, meanwhile ensuring geological capture and storage of that gas. In case of a suddenly depressurization in the CO2 pipelines, a temperature drop is observed in the walls near the leakage. Since project guidelines indicates the use of materials with good low temperature toughness, the use of nickel alloyed steels are a good alternative for the CO2 transportation. This work aims to evaluate the influence of the heat treatment on fracture toughness of nickel alloyed steels, nominated 5.5Ni and 9Ni, at room temperature and also at -100 °C, as well as evaluating the hydrogen effect on fracture toughness of these steels in low temperature. SE(B) fracture mechanic samples were evaluated with and without quench and temper heat treatments. It was possible to observe that the quench and temper heat treatments were so much efficient to maintain the original toughness of 5.5Ni steel at temperature of -100 °C. Indeed, in as rolled condition, CTOD values for this steel at that temperature were much lower than those found at room temperature, indicating that this material faces a very important transition in fracture behavior at low temperatures. 9Ni steel without heat treatments showed CTOD values practically constants for the tests conditions, barely increasing the medium CTOD values after the quench and temper, mainly at low temperature. A major influence of hydrogen charging on fracture toughness of 5.5Ni and 9Ni steel at -100 °C temperature was not observed, since the CTOD values on these conditions showed a slightly reduction when related to values calculated for steels with no hydrogen charging and tested in temperature of -100 °C.

O processo de dano em materiais quasi-frágeis pode ser caracterizado pela perda de isotropia para certos níveis de carga. A localização de deformações, o efeito cooperativo entre regiões danificadas e a avalanche de rupturas são características particulares na medição do dano neste tipo de material. As características mencionadas criam diferentes formas de dissipação de energia, que não são fáceis de representar utilizando métodos baseados na hipótese dos meios contínuos. No presente trabalho uma versão do Método dos Elementos Discretos Formado por Barras é empregado. Neste método a massa do contínuo é concentrada nos nós, os quais são interconectados por barras sem massa. Essas barras possuem uma lei constitutiva bilinear, que é usada para simular a ruptura da estrutura em estudo. A distribuição dos nós permite formar uma treliça tridimensional regular, e a partir dessa discretização espacial é possível chegar a um sistema de equações de movimento, que é resolvido com um esquema explícito de integração numérica (diferenças finitas centrais). Neste método a fratura e a fragmentação são levadas em conta de forma natural, já que as barras que rompem durante o processo são desativadas, respeitando o balanço energético. É possível introduzir heterogeneidade no modelo considerando as propriedades do material como campos espaciais aleatórios com distribuição de probabilidades de Weibull e comprimento de correlação conhecido. Nessa dissertação, é analisado o processo de dano que aparece em estruturas de geometria simples quando solicitadas até o colapso. Diferentes índices são apresentados para realizar a medição do dano. O desempenho desses índices, e a maneira com que eles ajudam na interpretação da evolução do dano, são discutidos nesse trabalho. / The process of damage in quasi-fragile materials is characterized by loss of isotropy for certain load levels. The strain localization, the cooperative effect between damaged regions and the avalanche of ruptures are particular features in measuring the damage in this kind of material. The mentioned features create different forms of energy dissipation, which are not easy to represent with a continuous approach. In the present work a version of the Lattice Discrete Element Method is employed. In this method the mass of the solid is concentrated on node points, which are interconnected by uniaxial elements. These elements have a bilinear constitutive law, which is used to simulate the rupture of the structure under study. The node distribution allows the formation of a regular three-dimensional lattice, and from this spatial discretization it is possible to arrive at a system of equations of motion, which is solved by an explicit numerical integration scheme (central difference). In this method the fracture and fragmentation are taken into account in a natural manner, since the bars that reached their limit strength during the process are disabled of the system, respecting the energy balance. It is possible to introduce heterogeneity in the model considering the material properties as random fields with spatial Weibull probability distribution and known correlation length. In this dissertation, the damage process, which appears in structures of simple geometry, when they are loaded until collapse, is analysed. Different indexes are presented to perform the measurement of the damage. The performance of those indexes, and the way they help in the interpretation of the damage evolution, are discussed in this paper.

Com a finalidade de estudar processos de fratura em concreto simples, este trabalho propõe uma escala intermediária de análise. Sendo assim, é apresentado um modelo simplificado de duas fases, o qual representa alguns elementos da microestrutra do concreto. Uma fase representa os agregados e a outra a matriz de cimento. Os agregados são considerados elástico-lineares e são representados pelos elementos finitos. Toda a não-linearidade do concreto e do processo de fratura é considerada na matriz de cimento. Tal fase é representada por interfaces coesivas, de espessura zero, entre os elementos finitos. Enquanto o modelo considera propriedades microscópicas do concreto como entrada, tem-se o comportamento macroscópico da estrutura como saída, o que é uma grande vantagem da escala proposta. Efeitos como a relação água/cimento e a densidade de agregados são introduzidos no modelo. Os resultados mostram que o modelo é capaz de captar, pelo menos qualitativamente, efeitos os quais somente são possíveis de obter com um modelo de três fases. / An intermediate scale of analysis is proposed here in order to study the fracture of plain concrete. A simplified two phases model is proposed as a concrete microstructure. One phase is the aggregate and other is the cement matrix. Aggregate is considered elastic linear and is represented by finite elements. All the non-linearity of the concrete and the fracture process is considered in the cement matrix. This phase is represented by a zero thickness cohesive interface between finite elements. While the model considers microscopic properties of the concrete as input, it delivers the macroscopic behavior of the structure as output, which is a great advantage of the proposed scale. Effects like water-cement ratio and density of aggregates are introduced in the model. Results show the model is able to capture, at least qualitatively, effects only possible to obtain by a three phases model.

Dissertação (mestrado)–Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Ciências Mecânicas, 2013. / Submitted by Victor Alves Girotto Borges (victorgirotto2@gmail.com) on 2014-07-31T13:11:06Z No. of bitstreams: 1 2013_AlexandreGomesNascimento.pdf: 2642733 bytes, checksum: b8ef4b88fabe38aee23232fd8a1d0b26 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2014-07-31T14:31:34Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_AlexandreGomesNascimento.pdf: 2642733 bytes, checksum: b8ef4b88fabe38aee23232fd8a1d0b26 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-07-31T14:31:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_AlexandreGomesNascimento.pdf: 2642733 bytes, checksum: b8ef4b88fabe38aee23232fd8a1d0b26 (MD5) / Dentre as várias classes de aço existentes, a mais utilizada pela indústria de petróleo e gás é a classe API 5L, por ser utilizada na fabricação de tubos para condução de gás e petróleo e seus derivados, pois possuem as seguintes características: alta resistência aos esforços mecânicos, boa tenacidade e boa soldabilidade (devido ao baixo teor de carbono equivalente nestes aços). Com a combinação destes fatores é possível trabalhar em maiores pressões e fluxo de produto utilizando menores espessuras devido às melhores propriedades mecânicas registradas por estes materiais. A pesquisa em questão procura avaliar o efeito do Tratamento Criogênico sobre a resistência à fadiga e à fratura de um dos aços mais usado na indústria petrolífera, o aço API 5L Grau B, com o objetivo primário de permitir a utilização desta material na fabricação de meios de ligação e conexões não soldadas. Nesse sentido, foram conduzidos ensaios de fadiga uniaxial, segundo a norma ASTM E 739-91 seguindo a abordagem S-N com razão de carregamento igual a R = -1. Avaliou-se também a propagação de trincas com controle de ΔK, segundo a norma ASTM E 647, a fim de obter os valores do limiar de propagação de trincas, ΔKth. A razão utilizada foi R = 0,1. Esses ensaio foram conduzidos em corpos de prova com e sem Tratamento Criogênico. Com base nos valores obtidos experimentalmente, o Tratamento Criogênico fez com que o Aço API 5L Grau B aumentasse sua vida em fadiga, e fez com que a trinca, uma vez iniciada propagasse mais rápido do que em relação a este mesmo aço sem tratamento. Os limites de resistência à fadiga do Aço API 5L Grau B obtidos foram: 183 ± 3 MPa – Corpos de prova sem tratamento e 184 ± 7 MPa – Corpos de prova com Tratamento Criogênico. Já os valores médios obtidos de ΔKth foram: 6,3 ± 1,3 MPa√m – Corpos de prova sem tratamento e 4,2 ± 0,4 MPa√m – Corpos de prova com Tratamento Criogênico. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Among the various classes of existing steel, the most commonly used by the petroleum industry is the API 5L class, for use in the manufacture of pipes for conducting oil and its derivatives , because they have the following characteristics: high resistance to mechanical stress , good toughness and weldability ( due to low carbon equivalent steels these ) . With the combination of these factors can work in higher pressures and greater product flow using smaller thicknesses due to improved mechanical properties reported for these materials. The research project seeks to assess the effect of cryogenic treatment on the fatigue strength and fracture in this material commonly used in the oil industry, API 5L Grade B steel, with the primary purpose of enabling the use of this material in the manufacture of means of binding and non-welded connections . In this sense , uniaxial fatigue tests were conducted according to ASTM E 739-91 standard according to S-N approach with loading rate equal to R = -1. Was evaluate too the crack propagation with control ΔK, according to ASTM E647 standard, for purposes of obtaining the values of the threshold crack propagation, ΔKth. The ratio used was R = 0,1. These tests were conducted on specimens with and without Cryogenic Treatment. Based on these values obtained experimentally, Cryogenic Treatment has made the Steel API 5L Grade B increase its fatigue life , and making the crack, once initiated to propagate faster than that for the same steel without treatment. The limits of fatigue resistance of steel API 5L Grade B obtained were 183 ± 3 MPa - Specimens without treatment and 184 ± 7 MPa - Specimens with Cryogenic Treatment. Have average values of ΔKth were: 6.3 ± 1.3 MPa√m - Specimens without treatment and 4.2 ± 0.4 MPa√m - Specimens with Cryogenic Treatment.

Esta Dissertação, submetida à Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, tem como objetivo a caracterização de fratura por fadiga em componentes mecânicos. Esse estudo foi motivado por dois casos de falha: barras estabilizadoras de truques de trem para transporte de minério, e engrenagens de redutores de grande porte, aplicados em turbogeradores em usinas de cogeração. Foi apresentada uma revisão da literatura sobre nucleação e propagação de trincas de fadiga, sobre fadiga de contato e por flexão de dentes, os dois principais modos de falha de engrenagens, e sobre a dinâmica do truque de trem. As amostras coletadas de barras falhadas foram caracterizadas e suas superfícies de fratura foram examinadas. A trinca de fadiga iniciou-se em uma das dobras do rebaixo, em local com dano por corrosão, que favoreceram sua nucleação. Uma análise por elementos finitos foi realizada para analisar as tensões residuais devido ao processo de dobra da barra e conformação do rebaixo e as tensões devido à operação, num caso crítico de warp tracionando a barra. Os resultados mostraram que localmente a tensão de escoamento do material foi superada, especialmente nas regiões de pequeno raio de curvatura devido ao rebaixo. Para o caso das engrenagens, foi feita uma análise de confiabilidade por distribuição de Weibull com base nos tempos de vida dos componentes falhados e do restante fabricado. Do resultado inferiu-se que as falhas consistiram na \"mortalidade infantil\" dos componentes. Havia apenas uma amostra de engrenagem falhada disponível para análise, a qual foi detalhadamente caracterizada e cuja superfície de fratura foi minuciosamente estudada, a fim de determinar o modo e o mecanismo de falha, o início da trinca e, com isso, a causa da falha. Pôde-se concluir que a engrenagem falhou devido a fadiga por flexão de dente devido a um desalinhamento na montagem. Determinadas as causas das falhas, podem-se sugerir soluções, aumentando assim a confiabilidade dos componentes. As sugestões podem dizer respeito ao próprio projeto, à seleção de materiais, aos processos de fabricação, ao tratamento térmico, à montagem, ou ao sistema de lubrificação. / This Dissertation, submitted to the Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, aims to characterize fatigue fracture in mechanical components. This study was motivated by two cases of failure: frame brace of train bogies for ore transportation, and gears of large transmission systems, applied to turbogenerators in cogeneration power plants. A literature review was presented on nucleation and propagation of fatigue cracks, contact and tooth bending fatigue, which are the two main modes of failure of gears, and train bogie dynamics. Samples collected of failed bars were characterized and their fracture surfaces were examined. The fatigue crack initiated at one of the bends of the \"fillister\", where corrosion damage took place - both of which favoured the nucleation. A finite element analysis was performed to analyze the residual stresses due to the bending process of the bar and the forming of the \"fillister\" and the stresses due to operation, in a critical case of warp tensioning the bar. The results showed that locally the yield stress of the material was exceeded, especially in the regions of small radius of curvature due to the \"fillister\". For the case of the gears, a reliability analysis was performed by Weibull distribution based on the lifetimes of the failed components and the remainder manufactured. From the result it was inferred that the failures consisted of the \"infant mortality\" of the components. Only one failed gear sample was available for the analysis, which was thoroughly characterised and whose fracture surface was minutely studied, in order to determine the mode and mechanism of failure, crack initiation and, hence, cause of failure. It was concluded that the gear failed due to tooth bending fatigue due to misalignment in the assembly. Having determined the causes of failures, solutions can be suggested, thus increasing the reliability of the components. Suggestions may concern the design itself, materials selection, manufacturing processes, heat treatment, assembly, or lubrication system.

Este trabalho de pesquisa visa apresentar um processo de avaliação probabilística de integridade mecânica de elementos estruturais, e ilustra sua aplicação em situações de otimização dimensional de tais elementos. O processo apresentado é baseado na análise de confiabilidade por métodos analíticos, utilizando o diagrama de avaliação de falha (FAD) como critério de falha. A escolha da curva FAD como critério de falha visa padronizar a análise de confiabilidade estrutural, permitindo a sua aplicação tanto em simulações numéricas quanto em mapas utilizados para rápidas tomadas de decisão. Os métodos de análise e o processo apresentado são aplicados em casos de estudo para mostrar a influência da percepção probabilística nas tomadas de decisão de projeto e a importância da análise de risco no dimensionamento de sistemas estruturais. / This work intends to present a process for probabilistic assessment of mechanical integrity of structural elements, and illustrates its application in situations of dimensional optimization of such elements. The presented process is based on the reliability analysis by analytical methods, using the failure assessment diagram (FAD) as failure criteria. The choice of FAD curve as a failure criteria aims to standardize the structural reliability analysis, allowing its application both in numerical simulations and in chart maps used for fast decision making. The methods of analysis and the presented process are applied in case studies to show the influence of probabilistic perception on project decision making and the importance of risk analysis in the design of structural systems.