Made available in DSpace on 2016-06-02T19:10:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6216.pdf: 3752931 bytes, checksum: c42d2f4f644f3bf605290cc17c76dffa (MD5) Previous issue date: 2013-12-20 / Universidade Federal de Sao Carlos / Polymeric materials, including polymer blends and composites are used in a great variety of engineering applications. Toughness, which is associated to the capacity of the material to absorb energy before its break, is frequently an important characteristic to many high-performance applications becoming essential the use of effective methods to determine the intrinsic toughness of a material in order to increase the possibility of development and applications concerning polymeric materials establishing a relationship between fracture behavior and morphology. The method Essential Work of Fracture (EWF) has been receiving special attention to determine the toughness of high ductility polymers, however, sometimes, a low discerning use of the technique concerning the theory and the correct preparation of specimen of polymeric systems.This way, it was developed a very selective procedure to the preparation specimen which is the main step to obtain precise results. In order to expand EWF technique application and to evaluate the fracture toughness, in this work the fracture behavior of three different polymeric systems was observed. Two of them showed an excellent response to the technique. The nanocomposites of blends HDPE/LLDPE and OMMT and Polypropylene/Glass Fiber composites, both semi-crystalline materials, with ductile behavior. On the other hand, observing the other system, nanostructured blends SAN/PBT, with brittle behavior, the EWF method applied in this work showed to be inappropriate. Therefore, there was an improvement concerning the understanding of limitations and peculiarities of the EWF technique, which is nowadays a very useful tool to characterize the toughness of ductile polymeric materials althought it still has some limitations related to brittle materials. / Materiais poliméricos, incluindo suas blendas e compósitos, são muito utilizados em uma ampla variedade de aplicações de engenharia. A tenacidade, que é a capacidade que um material apresenta de absorver energia antes de sua ruptura, frequentemente é uma propriedade chave para aplicações de alto desempenho, e assim é essencial a utilização de métodos eficazes na determinação da tenacidade intrínseca de um dado material, a fim de possibilitar o desenvolvimento e ampliar a aplicação dos materiais poliméricos estabelecendo uma relação entre o comportamento de fratura e a morfologia desses materiais. O método de Trabalho Essencial de Fratura (EWF) tem recebido especial atenção na determinação da tenacidade de polímeros altamente dúcteis, no entanto muitas vezes ocorre uma utilização pouco criteriosa da técnica no que diz respeito aos pré-requisitos teóricos e à preparação adequada dos corpos-de-prova de sistemas poliméricos. Dessa forma, foi desenvolvido de forma bastante criteriosa um procedimento de preparação de corpos-de-prova que é a etapa chave para a obtenção de resultados precisos. Visando ampliar a aplicação da técnica EWF para a avaliação da tenacidade à fratura, neste trabalho foram estudados três diferentes sistemas poliméricos. Dois deles mostraram excelente resposta à aplicação da técnica, os nanocompósitos de blendas HDPE/LLDPE e OMMT, e os compósitos de Poliprolileno/Fibras de Vidro, ambos materiais semicristalinos e com comportamento dúctil. Porém para o outro sistema, as blendas nanoestruturadas de SAN/PBT, de comportamento essencialmente frágil, a aplicação da técnica de EWF se mostrou inapropriada dentro das condições estudadas. Portanto, houve avanço com respeito à compreensão dos limites e peculiaridades da aplicação da técnica de EWF, que hoje é uma ferramenta muito útil na caracterização da tenacidade à fratura de materiais poliméricos dúcteis, mas que ainda possui sérias restrições para a análise de materiais de comportamento frágil.

Orientador: Fernando de Azevedo Silva / Banca: Marcelino Pereira do Nascimento / Banca: Carlos Alberto Chaves / Resumo: O coeficiente geométrico de intensidade de tensões é utilizado em análises de propagação de trincas, ou seja, em análises de estruturas tolerantes a dano, como é o caso da maioria das estruturas aeronáuticas primárias. Para estruturas com geometrias simples, estes coeficientes podem ser obtidos através de equações presentes na literatura, normas e manuais. Nos casos onde as geometrias são complexas, os coeficientes geométricos de intensidade de tensões ou fatores de correção geométrica podem ser obtidos através do método dos elementos finitos. Este trabalho tem como objetivo determinar os coeficientes geométricos de intensidade de tensões utilizando o método dos elementos finitos. Para isto, três tipos de estruturas são analisadas. A primeira estrutura analisada é uma placa plana finita com uma trinca central, submetida à tensão normal de tração (Caso 1). A segunda estrutura analisada neste trabalho é uma placa plana finita com uma trinca lateral na borda esquerda, submetida à tensão normal de tração (Caso 2). E a terceira estrutura analisada neste trabalho é uma placa plana finita com duas trincas laterais nas bordas, submetida à tensão normal de tração (Caso 3). Estas configurações foram escolhidas propositalmente porque são geometrias simples que possuem soluções analíticas para o coeficiente geométrico. Os modelos de elementos finitos foram construídos considerando trincas, que variavam de 1,5 a 25,5 mm. Para cada tamanho de trinca, o coeficiente geométrico foi calculado ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Geometric coefficient of stress intensity is used in analyzes of crack propagation, or damage tolerant structures analyzes, as is the case of most primary aeronautics structures. For structures with simple geometries, these coefficients can be obtained by equations present in the literature, standards and manuals. In cases where the geometry is complex, the geometric coefficients of stresses intensity or factors of geometric correction can be obtained through the finite element method. Objective of this dissertation is to determine the geometric coefficients of intensity of stresses using finite element method. For this purpose, three types of structures are analyzed. The first structure analyzed is a finite flat plate with a central crack, subjected to normal tensile stress (Case 1). Second structure analyzed in this study is a finite flat plate with a lateral crack at the left edge, subjected to a normal tensile stress (Case 2). The third structure analyzed in this work is a finite flat plate with two lateral cracks on the edges, subjected to normal tensile stress (Case 3). These configurations were selected because they are simple geometries that have exact analytical solutions for the geometric coefficient of stresses intensity. Finite element models were built considering cracks ranging from 1.5 to 25.5 mm. For each crack size, the geometrical factor was calculated numerically and analytically for the three types of configurations. Results were obtained and compared. Ave... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Resumo: Neste trabalho foi feita uma análise detalhada dos micromecanismos de iniciação da fratura em amostras entalhadas para cinco aços e duas ligas de alumínio. Com esse objetivo foram obtidas curvas de transição frágil-dúctil e de tenacidade à fratura em função do raio da raiz do entalhe, e realizados ensaios interrompidos antes da fratura da amostra. Análises fractográficas e micrográficas das regiões de iniciação das fraturas foram realizadas por microscopia eletrônica de varredura. A variação dos micromecanismos de iniciação em função da variação da capacidade plástica local na raiz dos entalhes, como induzida pela variação da temperatura de ensaio e pela variação do raio da raiz, foi analisada. De um modo geral, três tipos de micromecanismos de iniciação foram observados. Um frágil, em que a iniciação envolve a nucleação de uma microtrinca à frente do entalhe e sua subsequente propagação instável. Dois dúcteis, um pela ruptura por cisalhamento localizado ao longo de linhas de cisalhamento máximo formadas na raiz do entalhe, e outro pela formação de microcavidades cuja ligação entre si e a ponta do entalhe envolve um processo misto de cisalhamento localizado e de coalescência de microcavidades. Aspectos de modelos que relacionam tenacidade com a microestrutura foram discutidos com base nos micromecanismos observados. / Abstract: In this study a detailed analysis of the micromechanisms of the fracture initiation in notched specimens was made, for five steels and two aluminum alloys. With that purpose brittle/ductile transition and fracture toughness x r1/2 curves were obtained, and interrupted tests before the fracture of the sample were used. Fractographic and micrographic analysis of the fracture initiation areas were accomplished by scanning electron microscopy. The variation of the initiation micromechanisms in function of the variation of the local plastic capacity in the notch root, as induced by the variation of the test temperature and by the variation of the notch root radius, was analyzed. In a general way, three types of initiation micromechanisms were observed. A brittle one, where the initiation involves the microcrack nucleation ahead of the notch and its subsequent unstable propagation. Two ductile, one by localized shear rupture along the maximum shear lines formed in the notch root, and other by microvoids nucleation whose link to each other and the notch tip involves a mixed process of localized shear and microcavoid coalescence. Aspects of relating models of fracture toughness with microstructure were discussed, based in the observed micromechanisms. / Orientador: Fathi Aref Ibrahim Darwish / Coorientador: Luís Rogério de Oliveira Hein / Banca: Valdir Alves Guimarães / Banca: Marcelo dos Santos Pereira / Banca: Luiz Carlos Pereira / Banca: Marcos Venicius Soares Pereira / Doutor

A crescente produção de petróleo, destacada em função da descoberta dos campos do pré-sal em território brasileiro, tem aumentado a demanda por tubulações de transporte de óleo e gás. Uma vez que estas tubulações estão sujeitas às solicitações impostas pelas correntes marítimas bem como variação de pressões internas é necessária uma criteriosa análise da vida em fadiga de tais componentes. Os códigos atuais de projeto baseados no conceito de adequação ao serviço e tolerância a defeitos, como o API 579 e a BS 7910, definem diretrizes para a análise de componentes que apresentem defeitos do tipo trinca bem como as características esperadas para os materiais frente as mais variadas aplicações. Estudos recentes apontam considerável dispersão de resultados para os métodos de obtenção do limiar de propagação de trincas realizadas pela técnica do K-decrescente como é o caso da norma ASTM E647. Por outro lado, nos últimos anos, alguns trabalhos têm apresentado técnicas alternativas na obtenção das curvas de propagação de trinca como é o caso da técnica conhecida como CPCA (compression precracking constant amplitude). Através de tal técnica de ensaio seriam obtidos valores inferiores de limiar e, portanto, mais conservadores do que os obtidos pela técnica convencional uma vez que os fenômenos de fechamento de trinca seriam suprimidos. Este trabalho emprega corpos de prova do aço API 5L X60 tipo C(T) comparando quatro curvas da/dN x ΔK obtidas pelos métodos CPCA e convencional onde é variada a razão de carregamento (R) com valores distintos de 0,1 e 0,5. Os resultados obtidos demonstram que o método CPCA apresentou menores valores de limiar de propagação quando comparados ao método convencional. Embora para a razão de carregamento de 0,5 tal resultado fique evidente este é ainda mais pronunciado para a razão de 0,1. / The spread in oil production has increased the demand for pipelines transporting oil and gas mainly due to the discovery of the pre-salt fields in Brazil. Since the pipes are subjected to the loads imposed by water currents and internal pressure variations is necessary to conduct a careful analysis of the fatigue endurance of these components. The current design codes based on fitness-for-service and flaw acceptability concepts, as the API 579 and BS 7910, define guidelines for the analysis of components that have cracklike defects and the expected material properties for several applications. Recent studies have shown anomalous fatigue crack growth data generated by the K-decreasing method presented in ASTM E 647 standard. On the other hand the latest researches have presented alternative techniques for obtaining the crack propagation curves. One of the widespread techniques is known as CPCA method (compression precracking constant amplitude). CPCA technique provides lower crack propagation thresholds than the load reduction methods since the crack closure mechanisms are suppressed. This work compares da/dN vs. ΔK curves obtained by conventional and CPCA method. The samples were C(T) type specimens machined of an API 5L X60 steel. Tests were conducted under load stress ratios of 0.1 and 0.5. The obtained results shown lower crack propagation thresholds for the CPCA technique compared to the conventional method. The differences between tests methods were more pronounced for stress ratio of 0.1 although they were also clear for stress ratio of 0.5.

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

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2012. / Submitted by Elna Araújo (elna@bce.unb.br) on 2013-03-04T21:36:58Z No. of bitstreams: 1 2012_MichelSullivanTeixeiraPires.pdf: 3222565 bytes, checksum: 0b151a3be6eaab825cab56810f1f4057 (MD5) / Approved for entry into archive by Luanna Maia(luanna@bce.unb.br) on 2013-03-05T14:13:14Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_MichelSullivanTeixeiraPires.pdf: 3222565 bytes, checksum: 0b151a3be6eaab825cab56810f1f4057 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-03-05T14:13:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_MichelSullivanTeixeiraPires.pdf: 3222565 bytes, checksum: 0b151a3be6eaab825cab56810f1f4057 (MD5) / O presente trabalho apresenta uma metodologia para a estimativa da vida sob condições de fretting. A metodologia considera o uso da Teoria das Distâncias Críticas associada a um modelo de fadiga multiaxial baseado na abordagem de plano crítico. A ideia inicial da metodologia é de que estimativas de vida em fadiga para problemas envolvendo concentradores e gradientes de tensão devem considerar que existe uma relação entre a distância crítica (zona de processo) e o número de ciclos para a falha. Essa relação pode então ser usada com modelos baseados em tensão para estimar a vida em regime de médio / alto número de ciclos, onde as tensões ainda são elásticas. Para a aplicação e validação da metodologia foram utilizados dados da literatura envolvendo o contato entre cilindros fabricados em liga aeronáutica Al 4%Cu (HE 15-TF). Estes dados revelaram que o fenômeno de fretting não produz efeito sobre a resistência à fadiga do componente quando a semi-largura do contato, a, é menor do que um valor crítico. Todos os testes experimentais foram conduzidos sob-regime de escorregamento parcial. Pelos resultados obtidos pode-se concluir que em regime de fadiga de médio número de ciclos (105 ≤Nf ≤107 ciclos) a metodologia funciona com boa acurácia. No entanto, para os dados que foram interrompidos em 107 ciclos (condição de parada dos ensaios experimentais para atingir vida infinita), mostrou-se que uma abordagem limiar tipo falha / não-falha, é mais apropriada com estimativas de resistência localizadas dentro de uma faixa de erro de +-20%. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT / This work presents a methodology to estimate fretting fatigue lifetime of mechanical components. The methodology considers the use of the Theory of Critical Distances applied in conjunction with a multiaxial fatigue model based on the Critical Plane approach. The starting point of this methodology is that to estimate lifetime of components under stress gradient/stress concentration conditions it is necessary to assume that the critical distance (process zone) is a function of the number of cycles to failure. This relationship can be used together with stress based models to estimate lifetime in the high / medium cycle regime where the stresses are still elastic. To validate the proposed model experimental data were taken from the literature. These data involves a cylinder on plane contact configuration where both contacting bodies are made of an aeronautic alloy Al 4%Cu (HE 15-TF). The data revealed that the fretting phenomenon do not affect the component`s fatigue strength when the semi-width of the contact, a, is lower than a critical value. All tests were carried under partial slip regime. From the results we can conclude that the multiaxial model considered in conjunction with the Theory of Critical Distances was able to estimate fretting fatigue life with a good level of accuracy in the medium-high cycle regime (105 ≤Nf ≤107 ciclos). However, for tests which run out (at 107 cycles - infinite life) a fail/safe approach proved to be more appropriate and provided fatigue strength estimates within an error interval of about 20%.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2007. / Submitted by Kathryn Cardim Araujo (kathryn.cardim@gmail.com) on 2009-10-20T16:29:48Z No. of bitstreams: 1 SandroDScFullProteted.pdf: 1666527 bytes, checksum: 3ce1af4e1f9426dfd4e82333f144b99e (MD5) / Approved for entry into archive by Gomes Neide(nagomes2005@gmail.com) on 2010-07-05T17:54:47Z (GMT) No. of bitstreams: 1 SandroDScFullProteted.pdf: 1666527 bytes, checksum: 3ce1af4e1f9426dfd4e82333f144b99e (MD5) / Made available in DSpace on 2010-07-05T17:54:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SandroDScFullProteted.pdf: 1666527 bytes, checksum: 3ce1af4e1f9426dfd4e82333f144b99e (MD5) Previous issue date: 2007-06 / Nos equipamentos usados na engenharia aeroespacial, na construção civil e na indústria nuclear, entre outras, as trincas ou os defeitos devem ser analisados com bastante cuidado. Determinada a trinca, existe a possibilidade, com o auxílio da Mecânica da Fratura, de se avaliar a vida útil, ou o número de ciclos de carga, que a estrutura ainda pode suportar com segurança. Por outro lado, as técnicas de ensaio para a determinação precisa de trincas em estruturas podem ser caras, principalmente se a opção for o uso do Raio-X - que é o mais eficiente entre os ensaios não-destrutivos. Algoritmos numérico-computacionais podem ser de grande auxílio para a determinação de trincas e para o cálculo dos parâmetros da Mecânica da Fratura, como o Fator de Intensidade de Tensão, que podem servir de auxílio no estudo da propagação de trincas. Este trabalho apresenta algumas formulações com aplicações do Método dos Elementos de Contorno para o cálculo do Fator de Intensidade de Tensão e para a determinação da existência de trincas fechadas simples ou múltiplas em chapas. Para determinar trincas, a formulação apresentada associa as respostas do Método dos Elementos de Contorno com a resposta de sensores piezelétricos em campos de tensão elásto-estáticos ou elásto-dinâmicos. As aplicações limitam-se a chapas usadas na indústria aeroespacial com ou sem reforçadores. Os algoritmos numérico-computacionais propostos foram implementados em códigos base do Método do Elemento de Contorno e do Método do Elemento de Contorno Dual. Através de uma série de exemplos, estes algoritmos foram testados e revelam-se eficientes tanto para o cálculo do Fator de Intensidade de Tensão bem como para a determinação da presença de trincas em chapas. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT / In equipments used in the aerospace engineering, in civil construction, and in the nuclear industry, among other, cracks or defects should be analyzed with great care. Once a crack is detected, it is possible, with the help of Fracture Mechanics, to make the evaluation of the crack, and, consequently, to assess the lifetime, or the number of loading cycles, the equipment or structure with the crack can still undertake with safety. On the other hand, the non-destructive techniques for the accurate determination of cracks in structures can be very expensive, mainly if the option chosen is the X-Ray examination, which is the most efficient among the non-destructive tests. Numerical-computational algorithms can be of great assistance in the determination of cracks and in the calculation of the Fracture Mechanics parameters, like the Stress Intensity Factor, employed in the evaluation of the crack propagation. This work presents several formulations making use of the Boundary Element Methods for the calculation of the Stress Intensity Factor and also for the determination of simple or multiple closed cracks. To detect cracks, the formulation presented associates the answers of the Boundary Element Method with the answers of piezoelectric sensors in elastostatic or elastodynamic stress fields. The formulations presented in this work are limited to stiffened or without stiffener plates which are typically used in the aerospace industry. The numerical-computational algorithms proposed were implemented in basic codes of Boundary Element or Dual Boundary Element Methods. Throughout a series of examples, these algorithms were tested and confirmed to be efficient for the calculation of the Stress Intensity Factor as well as for the determination of the closed cracks in plates.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2009. / Submitted by Jaqueline Ferreira de Souza (jaquefs.braz@gmail.com) on 2010-11-11T15:24:36Z No. of bitstreams: 1 2009_MarcosBrunoBellorio.pdf: 1800293 bytes, checksum: a7c6b5c97e0b0799f6fb4bcf15ae8fc8 (MD5) / Approved for entry into archive by Daniel Ribeiro(daniel@bce.unb.br) on 2010-11-19T23:13:51Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2009_MarcosBrunoBellorio.pdf: 1800293 bytes, checksum: a7c6b5c97e0b0799f6fb4bcf15ae8fc8 (MD5) / Made available in DSpace on 2010-11-19T23:13:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2009_MarcosBrunoBellorio.pdf: 1800293 bytes, checksum: a7c6b5c97e0b0799f6fb4bcf15ae8fc8 (MD5) / O presente trabalho tem como objetivo conduzir uma revisao critica sobre as diferentes metodologias existentes para o projeto e manutencao de linhas de transmissao de energia quanto a fadiga sob condicoes de fretting. Entre as metodologias estudadas, o metodo da Cigre para calculo da vida remanescente mostrou ser a mais consistente e util. Uma vez concluida a analise critica aplicou-se estas metodologias para um conjunto de dados medidos para um cabo da Eletronorte em uma linha de transmissao de 230 kV instalada na regiao Norte do Brasil no trecho de travessia Vila do Conde - Guama. Essa analise permite estimar a durabilidade do cabo e constituiu importante ferramenta de analise para o setor de manutencao de empresas da area. Atualmente ha uma forte demanda das empresas do setor de transmissao de energia eletrica para tentar elevar o nivel da carga de pre-esticamento do cabo condutor. Isso alem de reduzir custos amenizaria dificuldades operacionais associadas, por exemplo, a construcao de torres muito altas para a travessia de grandes rios Amazonicos. Nesse sentido, esse trabalho propos uma alternativa para o calculo da curva de resistencia a fadiga do cabo na presenca de maiores cargas de esticamento. Ate onde o autor tenha conhecimento, essa e uma proposta inedita no sentido que, na presenca de cargas de esticamento mais elevadas costuma-se corrigir apenas os valores da solicitacao dinamica do cabo por meio da correcao do fator de rigidez na formula de Poffenberger-Swart. Essa e a primeira tentativa de corrigir-se nao apenas a solicitacao, mas tambem a curva de resistencia a fadiga da montagem cabo/grampo de suspensao. Uma discussao sobre a necessidade dessa medida e construida em detalhes. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The aim of this work is to conduct a critical review of the different existing methodologies for the design and maintenance of overhead conductors under fretting fatigue. Among these methodologies, the Cigre method for remain life calculation has proved to be the most consistent and useful. Once the critical review was concluded those methodologies were applied using a set of data obtained from an Eletronorte overhead conductor installed in the North region of Brazil. This analysis allows one to estimate the durability of the overhead conductor which is a very important tool for the maintenance sector of transmission line companies. Nowadays there is a strong demand from the electrical transmission line companies to elevate the stretch factor (Every Day Stress - EDS) of the overhead conductor. This will reduce the costs and the operational difficulties associated to it, for instance, the construction of very high towers for the crossing of large Amazon rivers. In this context, this work proposed an alternative way to calculate the conductor fatigue curve for higher pre-loads. To the author’s knowledge, this is a proposal without precedent in the sense that in a presence of higher stretch loads it is common to correct only the values for dynamic loads by correcting the stiffness factor of Poffenberger-Swart formula. This is the first proposal to correct the stiffness factor and also the fatigue endurance limit curve for the conductor/clamp set. A discussion on the need for this measure is constructed in detail.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2009. / Submitted by Jaqueline Ferreira de Souza (jaquefs.braz@gmail.com) on 2011-02-28T11:27:59Z No. of bitstreams: 1 2009_TaniaMariadeOliveiraSerraHortencio.pdf: 16223040 bytes, checksum: 7ab702a94bb1bed964b9e8298d1026d4 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2011-02-28T11:51:28Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2009_TaniaMariadeOliveiraSerraHortencio.pdf: 16223040 bytes, checksum: 7ab702a94bb1bed964b9e8298d1026d4 (MD5) / Made available in DSpace on 2011-02-28T11:51:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2009_TaniaMariadeOliveiraSerraHortencio.pdf: 16223040 bytes, checksum: 7ab702a94bb1bed964b9e8298d1026d4 (MD5) / O presente trabalho é de natureza experimental e, visa apresentar uma contribuição sobre o estudo da estimativa de vida útil de cabos condutores de energia elétrica, tendo como referência a análise da resistência à fadiga por fretting. Em particular, o levantamento de dados preliminares que possibilitem a determinação da curva de durabilidade (Curva de Wöhler ou S-N) da montagem do cabo CAA 397,5 MCM - IBIS, com o grampo de suspensão monoarticulado, assim como, identificar as características associadas ao aspecto e posicionamento das falhas encontradas neste tipo de cabo. Testes a uma mesma amplitude de tensão foram conduzidos, observando-se a ruptura do primeiro, segundo e terceiro fio de alumínio e registrando-se o número de ciclos experimentado pela montagem até o instante de cada quebra. Repetindo-se o teste para diferentes amplitudes de deslocamento pode-se então traçar uma curva da amplitude de tensão contra o número de ciclos, a qual é denominada de Curva S-N ou de Wöhler. Para estabelecer a tensão gerada na região de falha utilizou-se a fórmula de Poffenberger-Swart (1965).Os ensaios foram executados, de acordo com as recomendações da CIGRE (1985), EPRI (1979) e IEEE (1978), em uma bancada de 46,8 metros de comprimento, em ambiente climatizado, com sistema de controle dos equipamentos totalmente informatizado.Para a combinação cabogrampo usada, a Curva Limite de Segurança da CIGRÉ (CSBL) mostrou-se muito conservativa, isto é, a vida do cabo é de 5 a 10 vezes maior quando calculada utilizando a curva específica do material como referência.Através do mapeamento das falhas contatouse que para amplitudes de deslocamento menores que 1,0 mm, de maneira geral as falhas ocorreram na camada externa, já para amplitudes maiores a maior incidência até três falhas, foi na camada interna. O valor médio das distâncias das falhas na camada externa foi de 26,7 mm e na camada interna foi de 26,2 mm. Esta constatação evidencia que a previsão da vida útil em fadiga do cabo é de grande importância para as atividades de manutenção, isto porque, as quebras dos fios ocorrem dentro do grampo de suspensão e, portanto não podem ser identificadas nas inspeções visuais. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT / The present wok consists of an experimental research on fretting fatigue of an ACSR IBIS overhead conductor, with the objective to contribute to the study of the estimated fatigue life of such components. More specifically, tests were conducted in the same bending displacement amplitude (peak to peak) at a position on the cable 89 mm away from the last point of contact between cable and the mono-articulated aluminium clamping system. The rupture of the first, second and third aluminum strands were monitored as well as the number of cycles experienced by the assembly until the moment of each break. Repeating the test for different levels of prescribed displacement amplitudes one can then plot a curve of stress amplitude versus fatigue life, the so called S-N or Wöhler`s Curve. To correlate the prescribed displacement with stress amplitude Poffenberger-Swart equation was used. The tests were performed in accordance with the recommendations of CIGRE (1985), EPRI (1979) and IEE (1978), in a 46.8 meters long span, in air conditioned environment and using a closed loop control system to assure the repeatability of the tests. The results of the tests showed that, for the conductor/clamp mounting used, the CIGRE Safe Border Line (CSBL) curve was extremely conservative. The actual conductor life was 5 to 10 times higher than the value estimated by the CSBL for the same level of stress amplitude. Such result emphasizes the need to raise specific laboratory S-N curves for different cable/clamp assemblies should accuracy of life estimates be pursued. Mapping the wire failures it was found that for displacement amplitudes smaller than 1 mm, the failures generally occurred in the outer layer, while for amplitudes larger than 1 mm, they preferably occurred in the inner aluminium layer, for up to three failures. Such wire breaks were localized inside the clamp at average distances of 26.7 mm in the outer layer and 26.2 mm in the inner layer, both measured from the clamp mouth. The fact that the broken strand occurs well within the suspension clamp means that it can not be identified by visual inspection and that even inspections by infrared thermography may not be effective, demonstrating the need to establish an accurate methodology to estimate the remaining conductor life in order to allow maintenance before a cathastrofic breakage of the whole cable.

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