A maioria das máquinas e componentes mecânicos estão sujeitos a solicitações dinâmicas as quais podem ocasionar falhas por fadiga. Um dos métodos para a previsão de falhas por fadiga é a Mecânica da Fratura Linear Elástica (MFLE). Na MFLE existem diversos modelos que descrevem a propagação de uma trinca, com suas diferentes abordagens e concepções. De forma geral, distinguem-se os modelos de propagação de trinca para carregamentos com amplitude de tensão constante e variável. Dentre os modelos de amplitude de tensão constante destaca-se a Lei de Paris, que consiste de um Problema de Valor Inicial (PVI), sendo que sua solução, em poucos casos, é determinada de forma exata. Assim, o objetivo deste trabalho é propor uma nova metodologia para solucionar alguns modelos de propagação de trinca de amplitude de tensão constante, como os modelos de Paris-Erdogan, Forman, Walker, McEvily e Priddle sem a necessidade da utilização de métodos numéricos para a solução. Essa metodologia foi desenvolvida estabelecendo cotas, superior e inferior, que delimitam o comportamento das soluções dos modelos de propagação de trinca. Para isso, através da literatura, foram delimitados os modelos a serem avaliados com base em dois aspectos principais: modelos que incorporem em suas equações as regiões I a III da propagação de trinca, e modelos que levem em consideração parâmetros como a razão de tensão, a tenacidade à fratura e o fator intensidade de tensão inicial para propagação de trinca. Para verificação da precisão e eficácia da nova metodologia, foi calculado o desvio relativo entre as cotas e a solução numérica aproximada, utilizando o método de Runge-Kutta de 4a ordem (RK4), e observou-se que as cotas são válidas como forma de aproximação do comportamento da evolução da trinca para todos os modelos estudados. Também foi avaliado o desempenho da utilização das cotas em relação à solução pelo método RK4 através do tempo de computação, e foi observado que com a utilização das cotas, consegue-se um monitoramento dinâmico dos resultados. / Most machines and mechanical components are subject to dynamic loads that can lead to fatigue failures. One of the methods for the prediction of fatigue failures is the Linear Elastic Fracture Mechanics (LEFM). In the LEFM there are several models that describe the propagation of a crack, with their different approaches and conceptions. In general, a distinction is made between the crack propagation models under constant and variable amplitude load. One of the constant amplitude load models is the Paris law, consisting of an Initial Value Problem (IVP), whose solution, in a few cases, can be obtained in closed form. Thus, the objective of this work is to propose a new methodology to solve some models of crack propagation under constant amplitude load, as the models of Paris-Erdogan, Forman, Walker, McEvily and Priddle, without requiring the use of numerical methods for the solution. This methodology was developed by establishing upper and lower bounds that delimit the behavior of the solutions of the models of crack propagation. For that, through literature, were delimited the models to be assessed on the basis of two main aspects: models that incorporate in their equations the regions I to III of the crack propagation, and models that take into account parameters such as the stress ratio, fracture toughness and threshold stress intensity factor for crack propagation. For verification of the accuracy and effectiveness of the new methodology, the relative deviation between bounds and approximate numerical solution was calculated, using the Runge-Kutta 4th order (RK4), and it was observed that the bounds are valid as a way of obtaining approximate solutions to all models. The performance of the use of bounds regarding the RK4 method solution was also evaluated through the computation time.

Metallic materials have considerable importance in biomedical tissue reconstruction structural failed. Currently, the production of new alloys, titanium has been encouraged for biomedical use so as to reduce limitations and elastic modulus of alloy marketed cytotoxicity, in particular Ti-6Al-4V. Alloys Ti-Nb-Sn are an alternative for this purpose. In the current study, alloy Ti-35Nb-2,5SN were obtained by melting the arc, solubilized at 1000 ° C for 12 hours, hot-rolled with 40% reduction in water and cooled. The content of nitrogen and oxygen was verified by melting in an atmosphere of inert gas. The microstructures were characterized by optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction. The characteristics in fatigue and corrosion - fatigue alloy were determined according to the guidelines noted in ASTM E466. Specimens were machined and fatigue SN curves obtained in air and in an environment with 0.9% NaCl. The micromechanics of fracture were analyzed by scanning electron microscope (SEM). The results were compared with published data for beta stabilized alloys and discussed the potential application of new alloys. / Os materiais metálicos biomédicos apresentam notável importância na reconstrução de tecidos estruturais que falharam. Atualmente, a produção de novas ligas de titânio tem sido incentivada para uso biomédico a fim de reduzir as limitações quanto ao módulo de elasticidade e citotoxicidade das ligas comercializadas, em particular a liga Ti-6Al-4V. As ligas de Ti-Nb-Sn surgem como alternativa para esta finalidade. No estudo atual, ligas de Ti-35Nb-2,5Sn foram obtidas por fusão a arco voltaico, solubilizadas, laminadas a quente com 40 % de redução e resfriadas em água. O teor de nitrogênio e oxigênio foi verificado por fusão em ambiente de gás inerte. As microestruturas foram caracterizadas por microscopia ótica, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e difração de raios-X. Corpos de prova de fadiga foram usinados e submetidas a ensaio para obtenção de curvas S-N ao ar e em ambiente com 0,9 % de NaCl e baixa frequência. Os micromecanismos de fratura foram analisados em microscópio eletrônico de varredura (MEV). Os resultados foram comparados com os dados publicados na literatura para outras ligas beta estabilizadas e foram discutidos os potenciais de aplicação das novas ligas. Os resultados dos ensaios mostraram que o limite de fadiga tende a coincidir com a tensão limite para o início do movimento de discordâncias.

CAPES / O estudo de um componente estrutural, é mais realístico quando se admite que o componente já possua trincas. A área que estuda este fenômeno é a mecânica da fratura. O componente que possui trinca e é submetido a esforços cíclicos, tende a falhar por fadiga. Este estudo apresenta cotas que “envelopam” a solução numérica aproximada da evolução da trinca. São estimados momentos estatísticos das cotas superior e inferior, afim de se obter resultados mais realísticos com relação a propagação da trinca, visto a existência de incerteza sobre os parâmetros dos modelos de evolução da trinca. As cotas são determinadas via metodologia Fast Crack Bounds, sendo está comparada com a solução numérica aproximada obtida pelo método de Runge-Kutta de quarta ordem. A randomização dos parâmetros do modelo, é executada através de Simulação de Monte Carlo. Para a quantificação da incerteza, da cota superior, inferior e da solução numérica, são considerados exemplos “clássicos” da mecânica da fratura, onde a função de correção do fator de intensidade de tensão é conhecida: placa com largura infinita, placa com largura finita e trinca central e placa com largura finita e trinca na aresta. O trabalho apresenta os desvios relativos do primeiro e segundo momento estatístico, bem como os ganhos computacionais na resolução do problema de valor inicial que descrevem a propagação da trinca. Em todos os casos analisados, a metodologia Fast Crack Bounds apresentou menor tempo computacional, quando comparada à solução numérica do problema, sendo no mínimo 411,23% mais eficaz para o parâmetro a0 , até 8.296,29% para o parâmetro KC . / The study of a structural component is more realistic when it is admitted that the component already has cracks. The area that studies this phenomenon is the fracture mechanics. The component which is cracked and subjected to cyclic stresses tends to fail due to fatigue. This study presents upper and lower bounds that "envelop" the approximate numerical solution of the evolution of the crack. The statistical moments of the upper and lower bounds are estimated, to obtain more realistic results in relation to the crack propagation, considering the existence of uncertainty about the parameters of the evolution models of the crack. Upper and lower bounds are determined using the Fast Crack Bounds methodology, being compared to the approximate numerical solution obtained by the fourth-order RungeKutta method. The randomization of the model parameters and execution through the Monte Carlo Simulation. For the quantification of the uncertainty, the upper and lower bounds and the numerical solution, "classic" examples of fracture mechanics are considered, where the correction function of the tensile strength factor is known: Infinite width plate, finite width plate a centered crack and finite width plate a bordercracked. The work presents the relative deviations of the first and second statistical moments, as well as the computational gains in solving the initial value problem that describe the propagation of the crack. In all cases analyzed, the Fast Crack Bounds methodology presented lower computational time when compared to the numerical solution of the problem, being at least 411.23% more effective for the parameter a0 , up to 8,296.29% for the parameter KC .

Fatigue and fracture assisted by the environment are responsible for the majority of failures in implants. Due to low tribological properties of titanium alloys, the thermal oxidation technique has been evaluated to improve the surface hardness and consequently, to improves the tribological properties of Ti6Al4V alloy. However, despite improved tribological properties of the Ti6Al4V alloy, there is a tendency to reduction of the fatigue limit of the oxide layer. The combined action of body fluid and cyclic loads also need to be investigated. This study evaluated the effect of thermal oxidation in the fatigue limit of the Ti6Al4V in environment containing 0.9% NaCl. It was observed a reduction in the fatigue limit for thermally oxidized Ti6Al4V alloy and it is suggested that the reduction in fatigue properties of alloy is associated with the brittleness of oxide layer. / Os processos de fadiga e fraturas assistidas pelo ambiente são responsáveis pela maioria das falhas em implantes. Devido às baixas propriedades tribológicas do titânio e suas ligas, a técnica de oxidação térmica tem ganhado destaque por conferir um aumento da dureza superficial e consequentemente melhorar as propriedades tribológicas da liga Ti6Al4V. Entretanto apesar da melhoria das propriedades tribológicas existe uma tendência na redução do limite de fadiga quando há presença de uma camada de óxido na superfície da liga Ti6Al4V. Ainda a ação combinada de fluidos corpóreos e de carregamento precisa ser investigada. Neste estudo foi avaliado o efeito da oxidação térmica combinado a aplicação de carregamento cíclico ao ar e em meio contendo 0,9 % NaCl. Foi observada uma redução no limite de resistência à fadiga para a liga Ti6Al4V oxidada termicamente. O meio contendo 0,9 % de NaCl não influenciou significativamente a resistência em fadiga de corpos de prova oxidados termicamente e sugere-se que a redução nas propriedades de fadiga da liga está associada à fragilidade da camada de óxido.