Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-15T22:23:15Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T14:35:19Z : No. of bitstreams: 1 180952.pdf: 11803187 bytes, checksum: cc492f29f2cc2c5a19ad301122feebee (MD5)

Orientador : Francisco Carlos Serbena / Co-orientador : Carlos Maurício Lepienski / Dissertaçao (mestrado) - Universidade Federal do Paraná

Resumo: Desenvolveu-se a fundamentacao matematica basica para uma Mecanica de Meios Irregulares (MMI), definindo-se um tensor de rugosidade e uma fracao volumetrica irregular efetivamente deformada, de onde se obteve uma equacao de movimento generalizada. O problema de irregularidades em meio continuo foi abordado fazendo-se uma contextualizacao teorica da Mecanica da Fratura Fractal (MFF) dentro dessa nova MMI. A modelagem e a simulacao do campo de tensao/deformacao elastico para uma trinca com e sem rugosidade foi realizada para compreender o efeito dessa irregularidade sobre o campo de tensoes no processo de fratura. Usando-se a Teoria Fractal foi feita uma revisao dos conceitos matematicos da Mecanica da Fratura Classica (MFC) os quais foram historicamente estabelecidos usando-se a geometria Euclidiana. Uma superficie de fratura generalizada foi modelada para uma dimensao de rugosidade fractal local e global, considerando-se essa superficie fraturada (ou um perfil de trinca) como sendo um fractal auto-afim, com dimensao media de rugosidade H (expoente de Hurst). Analise fractais das superficies de fratura foram realizadas. As relacoes matematicas entre as areas fraturadas, reais e projetadas, foram obtidas e incluidas, explicitamente, na MFC junto com a rugosidade da superficie de fratura, tornando sua descricao matematica mais realista e autentica. O campo de tensao na ponta de uma trinca rugosa fractal para os tres modos de carregamento foi calculado. Alem disso, um completo modelamento do crescimento estavel e instavel de trincas em materiais frageis e ducteis foi realizado, utilizando conceitos extraidos da teoria fractal. As relacoes matematicas obtidas apareceram, explicitamente, incluidas dentro de um Mecanica da Fratura Fractal (MFF) junto com as relacoes de tenacidade a fratura e da rugosidade da superficie de fratura, as quais foramcomparadas com resultados experimentais. Foi deduzido um criterio de fratura generalizado e as expressoes matematicas fractais para as curvas G ƒ{ R e J ƒ{ R para materiais elasticos lineares e materiais elasto-plasticos, que dependem do tamanho do entalhe e do tamanho critico do Griffith. Relacoes matematicas entre a MFC e a MFF foram estabelecidas. Ensaios experimentais de curva G-R e J-R de acordo com a norma ASTM 1737-96 foram realizados e os resultados experimentais para a fratura em metais e polimeros foram obtidos e comparados com o modelo e tambem com o resultados de outros autores. Uma curva J-R fractal generalizada que depende das propriedades geometricas e energeticas, valida para todos os tipos de materiais, foi obtida. Portanto, uma reformulacoes matematicas da MFC, utilizando a teoria fractal com suas respectivas validacoes experimentais, foram realizadas. Concluiu-se que uma modificacao da Mecanica da Fratura Classica, alem de necessaria, foi comprovada experimentalmente.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 1993. / Made available in DSpace on 2012-10-16T05:32:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 274034.pdf: 10288596 bytes, checksum: 9672516a2ea6758e84c2967cd833bfdb (MD5) / O fator de intensidade de tensão é de extrema importância na análise de falha, mecânica da fratura e fadiga, metodologia usada quando o custo é elevado e a segurança imprescindível. No cálculo do fator de intensidade de tensão, vários métodos têm sido utilizados e, entre eles, tem-se os Métodos dos Elementos Finitos e de Contorno, o primeiro necessita um grande refino na malha, elevando o custo computacional, e o segundo, cujo refino é bastante reduzido, pode representar melhor a singularidade no extremo da trinca por ser um método de característica mista, mas necessita o conhecimento prévio da solução fundamental, restringindo sua aplicação. O Método da Função de Green Local Modificado é apresentado, aqui, como uma nova ferramenta e pode ser comparado com o Método Direto de Elementos de Contorno de Galerkin, possuindo a característica mista mas não a restrição acima, pois a solução fundamental, a função de Green, é aproximada nodalmente com elementos finitos. Assim, como primeira parte, apresenta-se a formulação do método para elementos não isoparamétricos, aproveitando a característica mista, juntamente com revisões da elasticidade e da mecânica da fratura. Uma verificação do método, com elementos convencionais, resolvendo problemas com trica é efetuada como segunda parte, assim como, a apresentação de desenvolvimentos no método relacionados à dependência paramétrica e o custo computacional. Apresenta-se, também, alguns elementos especiais de trinca adaptados ao método, com seus respectivos resultados e, por fim, uma comparação entre eles. / The stress intensity factor is of paramount importance at failure analysis, fatigue and fracture mechanics, this methodology is used when the cost is high and the safety essential. In this way, a lot of methods have been used and, among of them, one has the Finite Element and the Boundary Element methods, the first needs a fine mesh getting a high computational cost and the second, with a not so fine mesh, can take a better representation of the singularities at the crack tip because its mixeal characteristic, but it needs the previous know of the fundamental solution, restricting its applications. The modified Local Green#s Function Method is introduced here as a new ton and can be compared with the Galerkin Direct Boundary Element Method, keeping the mixed characteristic but the restriction above, since the fundamental solution, the Green#s function, is nodaly approximated by finite elements. So, as a first portion, one introduces the method for not isoparametrics elements, taking advantage of the hybrid characteristic, together with elasticity and fracture mechanics revisions. A method#s valuation, with usual elements, by solving crack problems is made as a second portion, as well as the method features related with the parametric dependence and computational cost. One shows some crack elements are also shown together within solutions and, at last, but not least a comparison of themselves.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T05:50:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 241511.pdf: 1948485 bytes, checksum: 482ee6f1081d30cc2601b2a9751be506 (MD5)

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:34:58Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-12-10Bitstream added on 2014-06-13T19:47:47Z : No. of bitstreams: 1 espezua_svp_dr_guara.pdf: 3279613 bytes, checksum: 2a38798758d3d36e71cf3dbe4e0bf19a (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Companhia Siderurgica de Tubarao / Materiais utilizados em tubulações petrolíferas são altamente suscetíveis a mudanças estruturais quando expostos em meio ambiente hostil e em baixas temperaturas. Para entender melhor o comportamento de tenacidade de fratura nos aços API 5l X70 e API 5L X80 conhecidos como aços microligados de Alta Resistência e Baixa Liga (ARBL), é proposta a avaliação da tenacidade à fratura verificando o conceito da curva mestra do método convencional da norma ASTM E1921-05. Esta metodologia usa o conceito da dependência da temperatura universal da tenacidade à fratura na região de transição dúctil para frágil, assim chamado de curva mestra. A metodologia sugere que pode ser aplicável em aços ferríticos CCC, incluindo aços martensíticos-ferríticos temperados. Neste trabalho, as amostras foram submetidas a tratamentos térmicos com o intuito de alterar a microestrutura e as propriedades mecânicas. Foram aplicados ensaios Charpy, tração, tenacidade à fratura e medições de dureza. As amostras foram testadas em várias temperaturas na região de transição para permitir a aplicação do procedimento da análise da curva mestra e a estatística de Weibull, mediante a norma ASTM E1921. Foram realizadas análises em microscópio óptico e microscópio eletrônico de varredura para avaliar as mudanças microestruturais e as superfícies de fratura, respectivamente. Os resultados dos aços API 5L X70 e API 5L X80 ensaiados mostraram uma ampla variedade de dados com características relevantes e dispersas. Com respeito ao valor de 100 MPa√m de tenacidade, o aço API X80 mostra melhor desempenho e confiabilidade do que o aço API X70. Ambos os aços mostraram fratura frágil com mecanismos de clivagem e uma microestrutura predominante de ferrita bainítica / Materials used in oil pipelines are highly susceptible to structural changes when exposed to a hostile environment and at low temperature. For better understanding the behavior of the fracture toughness in the API 5L X70 and X80 steels, both known as high strength and low alloy (HSLA) micro-alloys steels, the fracture toughness assessment checking the master curve concept of the conventional ASTM E1921-05 standard was proposed. This methodology uses the universal dependence temperature concept of fracture toughness in brittle to ductile transition region, so-called master curve. The methodology suggests that it may be applicable in CCC ferritic steels, including hardened martensitic-ferritic steels. In this work the samples were submitted to heat treatments, in order to change their microstructures and mechanical properties. Charpy impact test, tensile test, fracture toughness and hardness measurements were applied. The samples were tested at various temperatures on the transition region to allow the master curve analysis application and the Weibull statistics by using the ASTM E1921 standard. Analysis in optical microscope and scanning electron microscope were done in order to assess the fracture surface changes and their microstructures. Both results of the API 5L X70 and 80X steels tested showed a wide range of data with relevant characteristics and scattering. According to a 100 MPa√m toughness, the API X80 steel showed better performance and reliability than the API X70 steel. Both steels showed brittle fracture with cleavage mechanisms and a ferritebainite microstructure predominant

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:34:59Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2002-10Bitstream added on 2014-06-13T18:45:52Z : No. of bitstreams: 1 graca_mla_dr_guara.pdf: 5050152 bytes, checksum: dce8c01ce72d2ebc0e9caea4d6df5d6b (MD5) / 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. / 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.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-21T11:47:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 214310.pdf: 1178570 bytes, checksum: 357336f85a436ce2f39669fcf588e908 (MD5) / Objetiva-se analisar a propagação subcrítica e crítica de descontinuidades durante a execução de testes hidrostáticos em vasos de pressão. Considera-se principalmente o teste hidrostático periódico, originado de requisitos legais, e pressões de teste da ordem de 1,5 vezes a pressão máxima admissível. Duas situações distintas foram consideradas, para permitir uma maior abrangência de análise: a primeira, representada por um vaso de pressão fabricado em aço carbono, não sujeito a mecanismos de danos durante a sua vida operacional, e contendo um defeito de fabricação do tipo falta de fusão em um bocal; a segunda é representada por uma coluna de processo fabricada em aço inoxidável austenítico, que foi submetida a corrosão-sob-tensão sob isolamento, e apresentou trincas ramificadas na superfície metálica. A análise se desenvolveu pela verificação da estabilidade e cálculo dos parâmetros relacionados à integral J. Para tanto, utilizou-se de documentos como a BS-7910 e API 579, além de formulações para cálculo de J. As tensões foram calculadas pelo método dos elementos finitos, resultando na linearização das mesmas na seção de interesse. Também foi avaliada a propagação por fadiga e corrosão-sob-tensão combinadas, e também pelo critério "leak before break". Verificou-se que no caso do vaso de aço carbono não houve qualquer propagação, enquanto que no caso da coluna de aço inoxidável houve propagações para as maiores profundidades de trincas, durante o teste hidrostático. As conclusões resultantes deste trabalho estão relacionadas a haver ou não alguma alteração durante o teste hidrostático periódico em relação ao teste hidrostático original, realizado após a fabricação. O fluxograma desenvolvido caracteriza os aspectos determinantes de uma possível propagação, devendo ser utilizado previamente à realização de um teste hidrostático periódico.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-22T05:52:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 250100.pdf: 1178570 bytes, checksum: 357336f85a436ce2f39669fcf588e908 (MD5) / Objetiva-se analisar a propagação subcrítica e crítica de descontinuidades durante a execução de testes hidrostáticos em vasos de pressão. Considera-se principalmente o teste hidrostático periódico, originado de requisitos legais, e pressões de teste da ordem de 1,5 vezes a pressão máxima admissível. Duas situações distintas foram consideradas, para permitir uma maior abrangência de análise: a primeira, representada por um vaso de pressão fabricado em aço carbono, não sujeito a mecanismos de danos durante a sua vida operacional, e contendo um defeito de fabricação do tipo falta de fusão em um bocal; a segunda é representada por uma coluna de processo fabricada em aço inoxidável austenítico, que foi submetida a corrosão-sob-tensão sob isolamento, e apresentou trincas ramificadas na superfície metálica. A análise se desenvolveu pela verificação da estabilidade e cálculo dos parâmetros relacionados à integral J. Para tanto, utilizou-se de documentos como a BS-7910 e API 579, além de formulações para cálculo de J. As tensões foram calculadas pelo método dos elementos finitos, resultando na linearização das mesmas na seção de interesse. Também foi avaliada a propagação por fadiga e corrosão-sob-tensão combinadas, e também pelo critério "leak before break". Verificou-se que no caso do vaso de aço carbono não houve qualquer propagação, enquanto que no caso da coluna de aço inoxidável houve propagações para as maiores profundidades de trincas, durante o teste hidrostático. As conclusões resultantes deste trabalho estão relacionadas a haver ou não alguma alteração durante o teste hidrostático periódico em relação ao teste hidrostático original, realizado após a fabricação. O fluxograma desenvolvido caracteriza os aspectos determinantes de uma possível propagação, devendo ser utilizado previamente à realização de um teste hidrostático periódico.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:28:33Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-08-19Bitstream added on 2014-06-13T19:58:06Z : No. of bitstreams: 1 claro_gks_me_bauru.pdf: 1638801 bytes, checksum: 64af55b7016b44956f54e04a50b76b3c (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho tem o propósito de contribuir para a generalização tridimensional de problemas de análise numérica da propagação de fissura, mediante a formulação de elementos finitos com descontinuidade incorporada. Em problemas planos as descontinuidades correspondem a linhas que podem ser elaboradas de uma forma relativamente simples, através da construção sequencial de segmentos retos, orientados conforme a direção de falha no interior de cada elemento finito do sólido. Na análise tridimensional a construção do caminho de descontinuidade é mais complexa, pois devem ser construídas superficiais planas no interior de cada elemento e essas superfícies planas devem ser contínuas entre os elementos. É apresentada, nesse trabalho, uma técnica alternativa de construção do caminho de descontinuidade em análises tridimensionais baseado na solução de um problema análogo ao problema de condução de calor, estabelecido a partir de orientações locais de falha, baseado no estado de tensão do problema mecânico. A solução do problema equivalente é obtida utilizando a mesma malha e interpolações do problema mecânico. Para minimizar o esforço computacional, é proposta uma estratégia na qual a análise para mapear o caminho da descontinuidade é restrita ao domínio formado por alguns elementos próximos à superfície de fissura, que se desenvolve ao longo do processo de carregamento. Para validar a metodologia proposta foram realizadas análises tridimensionais de problemas básicos de fratura experimentais e seus resultados foram contrastados com os resultados encontrados na bibliografia. Realizou-se também a comparação do tempo de processamento entre o algoritmo proposto e o algaritmo global para as mesmas análises mencionadas acima. Como resultado, constatou-se que o algoritmo proposto conseguiu descrever satisfatoriamente as trajetórias de descontinuidade, consumindo menor tempo de processamento / This work contributes to the generalization to 3D problems of numerical analysis of crack propagation, through finite elements formulation with embedded discontinuity. In plane problems the discontinuities correspond to lines that can be tracked in a relatively simple way, by sequentially constructing straight segments, following the crack orientation inside each solid finite elements. In tree-dimensional analysis the tracking scheme is more complex since planar surfaces must be constructed inside each element and these planar surfaces must be continuous between elements. It is show in this work, an alternative version of discontinuity path construction technique in three-dimensional analysis based on the solution of an analogous heat conduction problem, established from the local failure orientation based on the stress state of the mechanical problem. The solution of the equivalent problem is obtained using the same mesh and interpolations of the mechanical problem. To minimize computational effort, a strategy is proposed in which the analysis to track the discontinuity path is restricted to the domain formed by few elements near the crack surface front, which develops along the loading process. To validate the poposed methodology three-dimensional analysis of experimental fracture test were performed and the results were contrasted with those obtained from the literature. The comparison between the process time of the proposed algorithm and the global algorithm was performed too. It was found that the proposed algorithm was able to describe the discontinuity path satisfactorily with reduced computational time