Este trabalho apresenta a aplicação dos conceitos da mecânica da fratura para materiais de fricção, especificamente sobre a tenacidade à fratura de materiais compósitos de fricção e sua utilização como requisito de projeto de componentes para a indústria automobilística. O conceito de tenacidade à fratura foi abordado como propriedade de desempenho e requisito de aplicação no projeto de novos materiais de fricção com objetivo de mitigar a ocorrência de falhas em serviço por quebra do componente. Foi proposto um método de medição para a tenacidade à fratura dos materiais de fricção, baseado na norma pertinente, ASTM D5045-99. O método foi validado através da caracterização de cinco materiais de fricção, atualmente utilizados na montagem de sistemas de freio destinados a veículos pesados de transporte de carga e passageiros, para os mercados brasileiro, da América Latina e dos Estados Unidos, e pelo confronto dos resultados obtidos, com expectativas de resultados baseados na literatura existente. Foram realizados os testes de medição da tenacidade à fratura em função da temperatura. As análises fractográficas mostraram um padrão de superfície de fratura típica para materiais compósitos de matriz frágil, carregada com componentes granulados, particulados e fibrosos, onde o padrão de propagação da fratura se assemelhou à fratura intergranular dos metais. Verificou-se, através dos resultados quantitativos, que a tenacidade à fratura dos materiais de fricção apresenta um decaimento exponencial em função da temperatura, diferente dos materiais metálicos, por exemplo, que apresentam aumento da tenacidade à fratura quando testados em temperaturas mais elevadas. Esse comportamento diferenciado dos materiais de fricção está diretamente associado à estrutura fundamental dos termorrígidos, e a rede de ligações químicas entre cadeias. Foi escolhida uma abordagem probabilística para análise dos resultados, com foco no conceito de projeto robusto. O modelo de Weibull foi utilizado na análise de probabilidade de falha a partir da determinação do valor de KIC de cada um dos materiais caracterizados, correspondente ao critério de probabilidade de falha admitida em projeto. Adicionalmente, foi possível estabelecer um equacionamento do comportamento da tenacidade à fratura dos materiais de fricção em função da temperatura, o qual pode ser utilizado como ferramenta de pesquisa e desenvolvimento de materiais de fricção. A tenacidade à fratura dos materiais de fricção em função da temperatura foi correlacionada, através da análise de elementos finitos, com os esforços em serviço do componente de fricção no sistema de freio, possibilitando a estimativa do tamanho de trinca máximo admissível para o componente de fricção submetido a tais esforços. Além disso, foi realizada a correlação da propriedade de tenacidade à fratura dos materiais de fricção com suas respectivas resistências à compressão. Verificou-se que para todos os cinco materiais, a relação entre KIC e resistência à compressão obedece a uma função linear crescente. Esta correlação entre tenacidade à fratura e resistência à compressão tem grande utilidade para indústria, visto que o ensaio de resistência à compressão é de fácil implementação e poderia ser utilizado como controle de qualidade indireto para tenacidade à fratura. / This work presents the application of fracture mechanics concepts to friction materials, specifically related to composite friction materials fracture toughness and its utilization as a design requirement for components to automotive industry. Fracture toughness concept has been treated as a performance characteristic and application requirement in the design of new friction materials, with the purpose of mitigating service failures due to component breakage. A method was proposed to measure fracture toughness of friction materials, based on adequate standard, ASTM D5045-99. It was validated through characterization of five friction materials, currently used in assembling brake systems for heavy vehicles used for goods transportation as well as for passengers, in Brazilian, Latin American and United States markets, and by comparing results obtained with expected data base of available literature. Fracture toughness measurements were carried out as a function of temperature. Fractographic analyses have shown a fracture surface pattern, typical for composite materials with fragile matrix, filled with granulated, particulate and fibrous components, and the fracture propagation pattern has shown similarities with metals intergranular fracture. It was observed, based on quantitative results obtained, that fracture toughness of friction materials assumes an exponential drop as a function of temperature, different from metallic materials, for example, which show a fracture toughness increase when evaluated at higher temperatures. This unusual behavior of friction materials is directly associated to the structure of thermosetting materials, and its chemical bonds between molecular chains. Probabilistic approach was defined for results analyses, based on concept of robust design. Additionally, an equation has been established that represents fracture toughness behavior of friction materials as a function of temperature, which can be used as a tool for research and development of friction materials. Fracture toughness of friction materials, associated with temperature has been correlated, through finite element analysis, with stresses on friction component during brake system service, allowing the estimation of maximum admissible crack length on the friction component working under those stresses. Complementarily, a correlation of fracture toughness of friction materials with their respective compression strength has been made. It was verified that, for all materials evaluated, relation between KIC and compression strength is represented by a directly proportional linear function. The correlation between fracture toughness and compression strength has extensive usage for industry, as compression strength test can be easily implemented, and could be used as an indirect quality control parameter for fracture toughness.

A ocorrência de fraturas dúcteis propagantes em dutos para transporte de CO2 supercrítico é um aspecto que deve ser considerado no projeto e operação de sistemas de recuperação avançada de petróleo utilizando CO2. Os métodos disponíveis para determinação da tenacidade para interrupção intrínseca destas fraturas são revisados, destacando-se as suas limitações e os procedimentos experimentais existentes para averiguação deste parâmetro. São apresentadas informações relativas ao projeto de crack arrestors e particularidades de dutos submarinos. Este fenômeno depende fundamentalmente de aspectos da descompressão das misturas de CO2 transportadas, que são também analisados. Com o objetivo de verificar se os materiais usualmente utilizados em linhas de transporte de gás natural possuem propriedades mecânicas que garantam controle de fraturas dúcteis propagantes em dutos de transporte de CO2 supercrítico, os métodos Battelle e HLP foram aplicados para a determinação da energia Charpy mínima para interrupção da propagação da fratura em dutos construídos nos aços API 5L graus B, X65, X70 e X80, com diâmetros entre 150 e 310mm e espessuras entre 17 e 32mm. Considerouse pressão de saturação máxima de 10,2MPa. Verificou-se que, na faixa analisada, dutos construídos em aço grau B podem possuir energia Charpy mínima superior às especificações mínimas das normas de fabricação. Esse material apresenta também uma maior sensibilidade ao nível da pressão de interrupção que os demais. Foi apresentado um critério alternativo para controle de fraturas através da limitação da velocidade de propagação da fratura a uma fração da velocidade de descompressão do CO2 sob elevado nível de pressão. Este critério é recomendado para materiais com propriedades mecânicas mais elevadas, por exemplo, a partir do grau X80. / The occurrence of ductile propagating fractures in pipelines for supercritical CO2 transportation is an aspect which must be considered on design and operation of CO2- enhanced oil recovery systems. The existing methods to calculate the material toughness for fracture arrest and their limitations are reviewed. It was presented experimental methods used for arrest toughness determination as well as aspects related to crack arrestor design and subsea CO2 pipelines. The decompression behavior of the transported CO2 streams is also analyzed. In order to check whether the materials usually required for natural gas pipelines have suitable mechanical properties to promote fracture arrest in CO2 pipelines, Battelle and HLP methods were employed. Minimum Charpy energy values for fracture arrest were determined for pipelines of API 5L grades B, X65, X70 and X80, with diameters between 150 and 310mm and wall thicknesses of 17 to 32mm. The higher saturation pressure considered was 10,2MPa. It was ascertained that pipelines of API 5L grade B may have a minimum fracture arrest Charpy energy higher than minimum standard requirements within the analyzed range. Fracture arrest in this material is also more sensitive to the arrest pressure than the other steel grades considered. It was presented an alternative criterion for fracture arrest based on limitation of the fracture propagation velocity to a certain percentage of the stream decompression velocity in a high pressure level. This criterion is recommended for pipelines made of materials with higher mechanical properties, for instance grade X80 or higher.

Este trabalho apresenta a aplicação dos conceitos da mecânica da fratura para materiais de fricção, especificamente sobre a tenacidade à fratura de materiais compósitos de fricção e sua utilização como requisito de projeto de componentes para a indústria automobilística. O conceito de tenacidade à fratura foi abordado como propriedade de desempenho e requisito de aplicação no projeto de novos materiais de fricção com objetivo de mitigar a ocorrência de falhas em serviço por quebra do componente. Foi proposto um método de medição para a tenacidade à fratura dos materiais de fricção, baseado na norma pertinente, ASTM D5045-99. O método foi validado através da caracterização de cinco materiais de fricção, atualmente utilizados na montagem de sistemas de freio destinados a veículos pesados de transporte de carga e passageiros, para os mercados brasileiro, da América Latina e dos Estados Unidos, e pelo confronto dos resultados obtidos, com expectativas de resultados baseados na literatura existente. Foram realizados os testes de medição da tenacidade à fratura em função da temperatura. As análises fractográficas mostraram um padrão de superfície de fratura típica para materiais compósitos de matriz frágil, carregada com componentes granulados, particulados e fibrosos, onde o padrão de propagação da fratura se assemelhou à fratura intergranular dos metais. Verificou-se, através dos resultados quantitativos, que a tenacidade à fratura dos materiais de fricção apresenta um decaimento exponencial em função da temperatura, diferente dos materiais metálicos, por exemplo, que apresentam aumento da tenacidade à fratura quando testados em temperaturas mais elevadas. Esse comportamento diferenciado dos materiais de fricção está diretamente associado à estrutura fundamental dos termorrígidos, e a rede de ligações químicas entre cadeias. Foi escolhida uma abordagem probabilística para análise dos resultados, com foco no conceito de projeto robusto. O modelo de Weibull foi utilizado na análise de probabilidade de falha a partir da determinação do valor de KIC de cada um dos materiais caracterizados, correspondente ao critério de probabilidade de falha admitida em projeto. Adicionalmente, foi possível estabelecer um equacionamento do comportamento da tenacidade à fratura dos materiais de fricção em função da temperatura, o qual pode ser utilizado como ferramenta de pesquisa e desenvolvimento de materiais de fricção. A tenacidade à fratura dos materiais de fricção em função da temperatura foi correlacionada, através da análise de elementos finitos, com os esforços em serviço do componente de fricção no sistema de freio, possibilitando a estimativa do tamanho de trinca máximo admissível para o componente de fricção submetido a tais esforços. Além disso, foi realizada a correlação da propriedade de tenacidade à fratura dos materiais de fricção com suas respectivas resistências à compressão. Verificou-se que para todos os cinco materiais, a relação entre KIC e resistência à compressão obedece a uma função linear crescente. Esta correlação entre tenacidade à fratura e resistência à compressão tem grande utilidade para indústria, visto que o ensaio de resistência à compressão é de fácil implementação e poderia ser utilizado como controle de qualidade indireto para tenacidade à fratura. / This work presents the application of fracture mechanics concepts to friction materials, specifically related to composite friction materials fracture toughness and its utilization as a design requirement for components to automotive industry. Fracture toughness concept has been treated as a performance characteristic and application requirement in the design of new friction materials, with the purpose of mitigating service failures due to component breakage. A method was proposed to measure fracture toughness of friction materials, based on adequate standard, ASTM D5045-99. It was validated through characterization of five friction materials, currently used in assembling brake systems for heavy vehicles used for goods transportation as well as for passengers, in Brazilian, Latin American and United States markets, and by comparing results obtained with expected data base of available literature. Fracture toughness measurements were carried out as a function of temperature. Fractographic analyses have shown a fracture surface pattern, typical for composite materials with fragile matrix, filled with granulated, particulate and fibrous components, and the fracture propagation pattern has shown similarities with metals intergranular fracture. It was observed, based on quantitative results obtained, that fracture toughness of friction materials assumes an exponential drop as a function of temperature, different from metallic materials, for example, which show a fracture toughness increase when evaluated at higher temperatures. This unusual behavior of friction materials is directly associated to the structure of thermosetting materials, and its chemical bonds between molecular chains. Probabilistic approach was defined for results analyses, based on concept of robust design. Additionally, an equation has been established that represents fracture toughness behavior of friction materials as a function of temperature, which can be used as a tool for research and development of friction materials. Fracture toughness of friction materials, associated with temperature has been correlated, through finite element analysis, with stresses on friction component during brake system service, allowing the estimation of maximum admissible crack length on the friction component working under those stresses. Complementarily, a correlation of fracture toughness of friction materials with their respective compression strength has been made. It was verified that, for all materials evaluated, relation between KIC and compression strength is represented by a directly proportional linear function. The correlation between fracture toughness and compression strength has extensive usage for industry, as compression strength test can be easily implemented, and could be used as an indirect quality control parameter for fracture toughness.

As propriedades mecânicas e metalúrgicas de uma junta soldada devem ser minuciosamente estudadas para que se possa qualificá-la para aplicação em engenharia. Assim, com o desenvolvimento de novos processos de soldagem torna-se necessário um estudo detalhado para determinação destas propriedades. Este é o caso da soldagem por Fricção e Mistura Mecânica (Friction Stir Welding) em que, ao contrário das outras técnicas convencionais, a temperatura de fusão do material não é atingida durante o processo. Com isto, vários problemas que são relacionados às altas temperaturas desaparecem e, além disto, excelentes propriedades mecânicas são atingidas. Neste trabalho buscou-se verificar a influência de dois tratamentos térmicos (T 4 e T6) aplicados à liga de alumínio AA6056 soldada Fricção e Mistura Mecânica, principalmente nas diferentes regiões resultantes deste processo (zona termomecanicamente afetada, zona termicamente afetada e centro da solda). Para isto foram realizadas metalografias, ensaios de microdureza e ensaio de tenacidade à fratura em cada região. Os resultados indicam que o envelhecimento artificial altera a microdureza, mas não aumenta a tenacidade à fratura. Caso este envelhecimento for aplicado, recomenda-se fazê-lo antes do processo de soldagem para atingir uma maior tenacidade. / The mechanical and metallurgical properties of welded materiais must be completely understood to qualify it application. The development of new welding techniques requires a detailed study to determine it properties. This is the case of friction stir welding method (FSW) where the melting temperature is not reached in the weld zone in opposite of other conventional welding processes. The consequence is the disappearance of many problems related to high temperature and excellent mechanical properties. The aim of this work is to determine the influence of the T4 and T6 conditions in the fracture toughness of AA6065 aluminium alloy friction-stir welded, especially in the different zones resulting from the process (thermomechanically affected zone - TMAZ, heat affected zone - HAZ and nugget. The results indicate that the artificial aging modifies the properties but does not result in higher fracture toughness. lf T6 heat treatment is necessary it should be done prior to the welding process to achieve higher fracture toughness.

Dissertação (mestrado)— Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2010. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2011-04-12T13:15:55Z No. of bitstreams: 1 2010_JulioToshioMandai.pdf: 5833190 bytes, checksum: 62f633f30295d8edb7fbd85bf0f29a6a (MD5) / Approved for entry into archive by Daniel Ribeiro(daniel@bce.unb.br) on 2011-05-25T02:15:02Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2010_JulioToshioMandai.pdf: 5833190 bytes, checksum: 62f633f30295d8edb7fbd85bf0f29a6a (MD5) / Made available in DSpace on 2011-05-25T02:15:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2010_JulioToshioMandai.pdf: 5833190 bytes, checksum: 62f633f30295d8edb7fbd85bf0f29a6a (MD5) / O presente trabalho aborda um estudo numérico-experimental do comportamento de um corpo de prova do tipo Compact Tension Specimen quando submetido a ensaios de Tenacidade à Fratura (ASTM E399) e de Crescimento de Trinca por Fadiga (ASTM E647). Como resultado deste trabalho foi gerado um código numérico, utilizando o software Ansys, como base no procedimento experimental desenvolvido a partir das normas ASTM citadas acima, estabelecendo um padrão metodológico a ser aplicado na condução de testes de Mecânica da Fratura no Laboratório de Ensaios Mecânicos da UnB. Adicionalmente, o desenvolvimento deste trabalho contribuiu para a melhor compreensão dos fenômenos de fratura em materiais metálicos, em especial do Aço CA6NM e do Alumínio 7050 T7451, que foram os materiais utilizados nos ensaios experimentais e na modelagem numérica. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT / This work presents a numerical-experimental approach to analyze the behavior of a compact tension specimen when submitted to Fracture Mechanics Toughness Test (ASTM E399) and Fatigue Crack Growth Test (ASTM E647). As product of this work, a numerical code using Ansys software was developed to simulate the experimental procedure, developed based on the ASTM standards mentioned above. This procedure intends to provide a methodological basis to the tests that will be carried out at Mechanical Research Laboratory of University of Brasilia using compact tension specimen. Furthermore, along the development of this work, a better understanding of fracture phenomena in metallic materials was achieved, in special for CA6NM Steel and 7050 T7451 Aluminum, which were used in experimental tests and in numerical modeling.

Este trabalho apresenta a aplicação dos conceitos da mecânica da fratura para materiais de fricção, especificamente sobre a tenacidade à fratura de materiais compósitos de fricção e sua utilização como requisito de projeto de componentes para a indústria automobilística. O conceito de tenacidade à fratura foi abordado como propriedade de desempenho e requisito de aplicação no projeto de novos materiais de fricção com objetivo de mitigar a ocorrência de falhas em serviço por quebra do componente. Foi proposto um método de medição para a tenacidade à fratura dos materiais de fricção, baseado na norma pertinente, ASTM D5045-99. O método foi validado através da caracterização de cinco materiais de fricção, atualmente utilizados na montagem de sistemas de freio destinados a veículos pesados de transporte de carga e passageiros, para os mercados brasileiro, da América Latina e dos Estados Unidos, e pelo confronto dos resultados obtidos, com expectativas de resultados baseados na literatura existente. Foram realizados os testes de medição da tenacidade à fratura em função da temperatura. As análises fractográficas mostraram um padrão de superfície de fratura típica para materiais compósitos de matriz frágil, carregada com componentes granulados, particulados e fibrosos, onde o padrão de propagação da fratura se assemelhou à fratura intergranular dos metais. Verificou-se, através dos resultados quantitativos, que a tenacidade à fratura dos materiais de fricção apresenta um decaimento exponencial em função da temperatura, diferente dos materiais metálicos, por exemplo, que apresentam aumento da tenacidade à fratura quando testados em temperaturas mais elevadas. Esse comportamento diferenciado dos materiais de fricção está diretamente associado à estrutura fundamental dos termorrígidos, e a rede de ligações químicas entre cadeias. Foi escolhida uma abordagem probabilística para análise dos resultados, com foco no conceito de projeto robusto. O modelo de Weibull foi utilizado na análise de probabilidade de falha a partir da determinação do valor de KIC de cada um dos materiais caracterizados, correspondente ao critério de probabilidade de falha admitida em projeto. Adicionalmente, foi possível estabelecer um equacionamento do comportamento da tenacidade à fratura dos materiais de fricção em função da temperatura, o qual pode ser utilizado como ferramenta de pesquisa e desenvolvimento de materiais de fricção. A tenacidade à fratura dos materiais de fricção em função da temperatura foi correlacionada, através da análise de elementos finitos, com os esforços em serviço do componente de fricção no sistema de freio, possibilitando a estimativa do tamanho de trinca máximo admissível para o componente de fricção submetido a tais esforços. Além disso, foi realizada a correlação da propriedade de tenacidade à fratura dos materiais de fricção com suas respectivas resistências à compressão. Verificou-se que para todos os cinco materiais, a relação entre KIC e resistência à compressão obedece a uma função linear crescente. Esta correlação entre tenacidade à fratura e resistência à compressão tem grande utilidade para indústria, visto que o ensaio de resistência à compressão é de fácil implementação e poderia ser utilizado como controle de qualidade indireto para tenacidade à fratura. / This work presents the application of fracture mechanics concepts to friction materials, specifically related to composite friction materials fracture toughness and its utilization as a design requirement for components to automotive industry. Fracture toughness concept has been treated as a performance characteristic and application requirement in the design of new friction materials, with the purpose of mitigating service failures due to component breakage. A method was proposed to measure fracture toughness of friction materials, based on adequate standard, ASTM D5045-99. It was validated through characterization of five friction materials, currently used in assembling brake systems for heavy vehicles used for goods transportation as well as for passengers, in Brazilian, Latin American and United States markets, and by comparing results obtained with expected data base of available literature. Fracture toughness measurements were carried out as a function of temperature. Fractographic analyses have shown a fracture surface pattern, typical for composite materials with fragile matrix, filled with granulated, particulate and fibrous components, and the fracture propagation pattern has shown similarities with metals intergranular fracture. It was observed, based on quantitative results obtained, that fracture toughness of friction materials assumes an exponential drop as a function of temperature, different from metallic materials, for example, which show a fracture toughness increase when evaluated at higher temperatures. This unusual behavior of friction materials is directly associated to the structure of thermosetting materials, and its chemical bonds between molecular chains. Probabilistic approach was defined for results analyses, based on concept of robust design. Additionally, an equation has been established that represents fracture toughness behavior of friction materials as a function of temperature, which can be used as a tool for research and development of friction materials. Fracture toughness of friction materials, associated with temperature has been correlated, through finite element analysis, with stresses on friction component during brake system service, allowing the estimation of maximum admissible crack length on the friction component working under those stresses. Complementarily, a correlation of fracture toughness of friction materials with their respective compression strength has been made. It was verified that, for all materials evaluated, relation between KIC and compression strength is represented by a directly proportional linear function. The correlation between fracture toughness and compression strength has extensive usage for industry, as compression strength test can be easily implemented, and could be used as an indirect quality control parameter for fracture toughness.

Orientador: Paulo Sollero / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-22T23:53:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Albuquerque_EderLimade_M.pdf: 4431124 bytes, checksum: 5ae86d13f645129a75a65ced7b5c6319 (MD5) Previous issue date: 1997 / Resumo: Esta dissertação apresenta um procedimento para determinação dos fatores dinâmicos de intensidade de tensão usando elementos de contorno para problemas bidimensionais isotrópicos carregados em modo I ou em modo misto. O método das subregiões é empregado para evitar que se tenha um sistema singular de equações para problemas sem simetria. O domínio é dividido em duas subregiões e na interface são impostas condições de continuidade de deslocamentos e equilíbrio de trações. O sistema de equações para o domínio completo é escrito adicionando-se o sistema de equações de cada subregião. É usada uma formulação direta de elementos de contorno juntamente com elementos de ponto a um quarto para melhor interpolar os deslocamentos na ponta da trinca. Os fatores dinâmicos de intensidade de tensão são calculados através de equações simples em função dos deslocamentos próximos à ponta da trinca. Um sistema de coordenadas fixo na ponta da trinca é introduzido para facilitar o cálculo dos deslocamentos próximos à ponta da trinca. O ângulo entre a bissetriz do ângulo formado pelas arestas da trinca reta e o sistema original de coordenadas é calculado para cada passo de tempo com o intuito de se determinar precisamente a abertura da trinca. São analisados exemplos numéricos de placas carregadas puramente em modo I ou em modo misto. A dependência quanto à malha e ao passo do tempo é estudada. O intervalo é estendido para mais de um ciclo para verificar a natureza oscilatória do sistema. Os resultados são estáveis, mostrando-se pouco dependentes da malha e do passo do tempo, e concordam com os resultados de outros autores que usaram procedimentos de maior complexidade / Abstract: This thesis presents a procedure for computation of dynamic stress intensity factors, using the boundary element method for bidimensional isotropic problems loaded either in mode I or in mixed mode. The subregion method is used to avoid singular equation systems in case of non-symmetric problems. The domain is divided in two subregions and the interface is imposed the continuity of displacements and equilibrium of tractions. The system of equations for the complete domain is written adding the system of equation for each subregion. A direct boundary element formulation is used together with quarter point elements to give a better aproximation of displacements near the crack tip. The dynamic stress intensity factors are computed using simpIe equations in function of the displacements near the crack tip. A coordinate system fixed at the crack tip is introduced to easy the computation of the displacement near the crack tip. The angle between the crack edge bissector and the original coordinate system is computed for each time step to accurately determine the crack opening displacement. The numerical examples analysed are crack plates loaded in mode I or in mixed mode. The dependence of element lenght and time step is studied. The interval of time is extended for more than one ciclic to check the oscilation behaviour of the time system. The results obtained are stable, showing a small dependence either mesh or time step. The agreement with the results obtained by other authors, who used more complex procedures is satisfactory / Mestrado / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador : Itamar Ferreira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-03T13:48:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ZumpanoJunior_Petronio_M.pdf: 21228442 bytes, checksum: 714c664320b0f7401c2d43eb8b1c48bd (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: O aço liga 2,25Cr-1Mo, muito utilizado em aplicações em altas temperaturas, quando exposto à faixa de 343°C a 593°C por longo tempo, pode apresentar susceptibilidade a fragilização pelo revenido. Apesar de bom comportamento em elevadas temperaturas, há grandes riscos de acidente depois da fragilização, em situações de partida e parada de unidades petroquímicas, quando este aço pode apresentar perda significativa da tenacidade devido a fragilização pelo revenido. Este trabalho estudou a tenacidade à fratura (CTODm), na temperatura ambiente, em juntas soldadas deste aço, fragilizadas através de "Step Cooling" com e sem tensão, que consiste em expor o aço a um conjunto de patamares de temperaturas por tempos determinados, intercalados com taxas de resfriamento fixas na redução da temperatura, na faixa de temperatura em que há susceptibilidade à fragilização pelo revenido, nas regiões de grãos grosseiros (GGZAC) e de grãos fmos da ZAC (GFZAC). Resultados de medições de dureza e observação microestrutural do crescimento de carbetos comprovaram que o uso da tensão associada ao "Step Cooling" acelerou a fragilização, melhorando a eficácia deste processo. Resultados indicaram que o controle do teor de impurezas do aço utilizado evitou o desenvolvimento da fragilização pelo revenido, o que foi confirmado pelos ensaios de tenacidade à fratura realizados em temperatura ambiente. Não foi detectada variação significativa dos valores de CTODm entre as três situações analisadas (sem "Step Cooling", com "Step Cooling" sem tensão e com "Step Cooling" com tensão de 138,6 MPa) e entre as diferentes regiões microestruturais analisadas (GFZAC e GGZAC). Observações no Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV) indicaram que o mecanismo de fratura presente após a simulação de fragilização foi o coalescimento de microcavidades / Abstract: Low alloy 21/4Cr-1Mo steel, often used at high temperature applications, when exposed to temperatures at the range from 650°F to 1100°F (343°C to 593°C) for a long time may be susceptible to temper embrittlement. Despite having good behavior at high temperatures, there is a great hazard of accident after temper embrittlement, during start up or shut down of petrochemical plants, when this steel may have a great decrease in its toughness. This work studied fracture toughness (CTODm) at room temperature, in welded joints of this steel, embrittled by "Step Cooling" with and without tensile stress, that consists in submiting the steel to a group of steps of temperatures for certain periods of time, alternated with fixed cooling rates to reduce the temperature of the steps, in the range of temperature were temper embrittlement occurs, at coarse grain (CGHAZ) and fine grain regions of heat affected zone (FGHAZ). Hardness results and microstructural analysis of carbide coarsening proved that the use of stress associated with the "Step Cooling" accelerated the embrittlement, making the efficacy of this process better. Experimental results showed that the control of impurities content in the steel avoids the development of temper embrittlement. This was confirmed by fracture toughness experiments at room temperature. No significant variation on CTODm results of the three different situations (without "Step Cooling", with "Step Cooling" without stress and with "Step Cooling" with stress of 138,6MPa) and of the different microstructural tested regions (CGHAZ and FGHAZ) were observed. Scanning Electron Microscope (SEM) analysis indicated that fracture mechanism after embrittlement simulation was microvoids coalescence / Mestrado / Mecanica da Fratura / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores: Ana Maria Martinez Nazar, Waldemar Alfredo Monteiro / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas / Made available in DSpace on 2018-07-14T00:58:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Alarcon_OrestesEstevam_D.pdf: 6678749 bytes, checksum: 04409cdd3af65afccf24842fcf87825c (MD5) Previous issue date: 1988 / Resumo: Discute-se neste trabalho a influência que modificaçoes no teor de cobre e tratamento térmico nas ligas Al-6Zn-2Mg-XCu provocam nas propriedades mecânicas em tração monotônica. Em especial, estuda-se o efeito que variações no conteúdo de cobre provocam no comportamento do material frente à deformação e modo de fratura. Com esta finalidade foram considerados três teores de cobre (1 - 1,6 - 2,1 %) , mantendo-se consante os outros parametros tals como composição química dos outros elementos, grau de recristalização e tamanho de grão. Os resultados mostraram que o incremento do teor de cobre -provoca um aumento simultâneo nas propriedades de resistência à tração, dutilidade e coeficiente de encruamento. Estudos utilizando microscopia ótica e eletrônica de varredura permitiram observar que a fratura ocorre pelo micromecanismo de "dimples" sendo que, com o aumento do tempo de envelhecimento, ocorre transição na fratura de predominantemente transgranular para intergranular. Também foi possível determinar que o aumento no teor de cobre não somente provoca um aumento dos precipitados endurecedores, mas também muda o mecanismo de deformação, já que observam-se bandas de deslizamento grosseiras e largamente espaçadas no caso de ligas com baixo teor de cobre e, bandas de deslizamento finas e pouco espaçadas para altos teores de cobre. Utilizando microscopia eletrônica de transmissao constatou-se uma forte tendência à distribuição heterogênea da deformação para liga com 1% de cobre (T6) com discordâncias cisalhando os precipitados,e uma tendência a distribuição homogênea da deformação com discordâncias se movimentando preferencialmente pelo mecanismo de formação de anéis para a liga com 2,1% de cobre. As evidências experimentais permitiram verificar que o cobre não somente aumenta a fração volumétrica dos precipitados como também aumenta a quantidade de precipitados semi-coerentes e incoerentes e, com isto, a homogeneidade da deformação. / Abstract: The effect of copper content and heat treatment the Al-6Zn-2Mg-XCu alloys on their monotonic properties of was investigated. Deformation behavior and fracture mode of these alloys are specially described. Three alloys of 1; 1,6 and 2,1% copper were considered, remaining constant the other variables like chemical composition of other elements, recrystallization degree and grain size. The results show that increasing copper content simultaneously increase tensile strength, yield strength ductility and strain hardening exponent. Studies using optical and scanning electron microscopy was observed proceeds by dimple rupture and with increasing there is a change in the fracture mode from predominantly transgranular to intergranular. At the same time, increasing copper content there is a transition on the deformation behavior from coarse slip bands for the lower copper content to narrow small spacing slip bands for higher copper content. Transmission electron microscopy shows the tendency for in homogeneous deformation for the 1% copper alloy with dislocation shearing precipitates and homogeneous deformation for the 2,1% copper alloy with precipitates looped by dislocation. There are experimental evidence that the addition of copper not only increase the volume fraction of strenghtening precipitates but also increase the number of partially coherent and incoherent precipitates and thus, the homogeneity of the deformation. / Doutorado / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Euclides de Mesquita Neto / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-18T05:41:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Borba_GenildoLuiz_M.pdf: 4687198 bytes, checksum: 1798e3a711087510e8c2a853eeb760c6 (MD5) Previous issue date: 1992 / Resumo: O fraturamento hidráulico de formações portadoras de hidrocarbonetos é uma técnica de aumento de produtividade e fator de recuperação cada vez mais utilizada em todo o mundo. Dependendo das características dos poços, o seu custo pode atingir valores significativos, o que obriga um bom dimensionamento das operações. o dimensionamento do fraturamento hidráulico de meios porosos requer a determinação simultânea de tensões, deslocamentos, pressões de poros e fluxos na região considerada. Neste trabalho é lançada a base de elaboração de um simulador de fraturamento hidráulico. Não se avança na determinação das grandezas necessárias à simulação do fraturamento hidráulico propriamente dito, mas apenas na resolução do problema elástico acoplado com a difusão de fluidos no melO poroso. É feita uma revisão na dedução do sistema de equações diferenciais que rege o comportamento do contínuo poroelástico segundo "Cheng e Detournay (ref. 01), partindo das equações da elasticidade, introduzindo as constantes poroelásticas de Biot (ref. 02) e substituindo estas pelas constantes propostas por Rice e Cleary (ref. 03). As equações diferenciais da poroelas ticidade acoplada são transformadas em equações integrais através de uma extensão do teorema da reciprocidade dinâmica, no domínio de Laplace. As equações integrais são resolvidas através do método dos elementos de contorno utilizando-se elementos constantes para interpolar as variáveis no contorno. O procedimento e o algoritmo implementado são validados no domínio da variável de Laplace através de problema em poço com soluções analíticas conhecidas. As soluções no tempo são obtidas por inversão numérica. Diversas considerações quanto à densidade da discretização são feitas nesse trabalho. Também discute-se algumas limitações do método dos elementos de contorno com elementos constantes no tratamento das equações da poroelasticidade acoplada / Abstract: In the present work the initial step for the development of an hydraulic fracturing simulator for the poroelastic continuum is stablished. In the fully coupled continuum the elastic deformation process is connected with the fluid diffusion through the porous medi um. Biofs theory of a poroelastic continuum is recasted according to the equations and parameters proposed by Rice and Cleary. The differential equations governing the poroelastic medium are transformed into integral equations by means of an extension of Betti's dynamic reciprocity theorem in Laplace variable domain. The solutions of the integral equations in the Laplace variable domain are approximated by the use of the Boundary Element Method (BEM). Spatial discretization of the field variables is accomplished assuming constant elements at the boundaries of the problem under consideration. Time domain solutions are obtained by numerical inversion of the Laplace domain solutions. The theorical procedures and implementations are vaHdated by comparisons with a borehole problem which have analytical and numerical solutions in the existing literature. Issues like bounclary discretization effort and numerical accuracy are also adressed. / Mestrado / Mestre em Engenharia de Petróleo