Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2017. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2017-11-08T15:57:59Z No. of bitstreams: 1 2017_LuizAlbertoCarneiroJunior.pdf: 11839990 bytes, checksum: dde603943f3d9e96d4e9bc39d4a26c82 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2017-11-28T20:05:34Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_LuizAlbertoCarneiroJunior.pdf: 11839990 bytes, checksum: dde603943f3d9e96d4e9bc39d4a26c82 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-11-28T20:05:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_LuizAlbertoCarneiroJunior.pdf: 11839990 bytes, checksum: dde603943f3d9e96d4e9bc39d4a26c82 (MD5) Previous issue date: 2017-11-28 / Fundação de Apoio à Pesquisa do Distrito Federal (FAP/DF);Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq). / O objetivo principal deste trabalho é a caracterização experimental do aço inoxidável 304L sob carregamentos cíclicos e monotônicos. Busca-se analisar comportamentos como: a influência da taxa de deformação e do tratamento térmico de normalização nas propriedades monotônicas; endurecimento/amolecimento cíclicos; Masing/não-Masing; evolução da tensão de escoamento cíclica; comportamento de fadiga; propagação de trincas de fadiga e transformação de fase martensítica induzida por carregamentos cíclicos. A metodologia utilizada foi a realização de ensaios monotônicos de tração sob diversas taxas de carregamento no material nas condições de como recebido e após o tratamento térmico da normalização. Além disto, ensaios cíclicos do tipo tração/compressão e torção alternada controlados por deformação foram realizados. Por fim, foram realizadas análises metalográficas para caracterização da microestrutura do aço 304L antes e depois de ensaios cíclicos e foram feitas medições de dureza para analisar a influência da normalização no aço 304L. Os resultados revelam forte dependência da taxa de deformação e da normalização no comportamento elasto-plástico monotônico do aço 304L. A normalização ainda induziu a diminuição na dureza do material. No contexto da plasticidade cíclica, o aço 304L não apresenta estabilização das amplitudes de tensão para diferentes amplitudes de deformação prescritas, principalmente devido ao efeito do endurecimento secundário, que predomina pela maior parte dos experimentos. As análises metalográficas indicam que o endurecimento secundário pode estar relacionado à transformação de fase martensítica no aço 304L. Foram observados outros fenômenos como: efeito não-Masing, extensão axial nos ensaios de torção pura e evolução da tensão de escoamento cíclica. Em fadiga, a medida de deformação equivalente de von Mises não é capaz de correlacionar as vidas observadas nos ensaios de tração/compressão e torção alternada. O comportamento das trincas macroscópicas de fadiga é dependente da amplitude de deformação para o aço 304L. Em altas amplitudes, ocorre a propagação de trincas em modo misto, enquanto baixas amplitudes ocasionam propagação no modo normal, isto é, na direção da tensão normal máxima. / The aim of this work is the experimental characterization of the 304L stainless steel under cyclic and monotonic loadings. The following behaviors are analyzed: strain rate and normalizing heat treatment influence on the monotonic properties; cyclic hardening/softening; Masing/nonMasing; cyclic yield stress evolution; fatigue life; fatigue crack propagation; and cyclic loading induced martensitic phase transformation. The methodology used is the conduction of monotonic tensile tests under different strain rates on the material in the as-received condition and after the normalizing heat treatment. Besides, tension/compression and alternate torsion strain control cyclic tests are conducted. The microstructure characterization of the 304L steel was investigated using metallographic analysis before and after the cyclic loadings. Finally, hardness tests were conducted on the normalized and on the as-received material conditions. The results show strong strain rate and normalizing dependency on the 304L steel elastoplastic monotonic behavior. The normalizing heat treatment also induced a decrease on the material hardness. In the cyclic plasticity context, the stress amplitudes do not stabilize, for different prescribed strain amplitudes, mainly because of the secondary hardening effect, which is evident during the greatest part of the experiments. The metallographic analysis suggest that the secondary hardening is directly related to martensitic phase transformation in the 304L steel. Other phenomena observed are: non-Masing effect, axial extension during pure torsion tests and cyclic yield stress evolution. In fatigue, the von Mises equivalent strain measure is not capable of correlating the observed lives in tension/compression and pure torsion tests. The macroscopic fatigue crack behavior is dependent on the strain amplitude. In high amplitudes, the mixed mode crack propagation is observed, while low amplitudes induced the normal propagation mode.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade UnB Gama, Programa de Pós-graduação em Integridade de Materiais da Engenharia, 2015. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2016-02-04T12:07:02Z No. of bitstreams: 1 2015_RaniereSilvaNeves.pdf: 2776614 bytes, checksum: 290efbb3f485ab5b99a1df5a4f56b531 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-02-04T16:25:19Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_RaniereSilvaNeves.pdf: 2776614 bytes, checksum: 290efbb3f485ab5b99a1df5a4f56b531 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-02-04T16:25:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_RaniereSilvaNeves.pdf: 2776614 bytes, checksum: 290efbb3f485ab5b99a1df5a4f56b531 (MD5) / A capacidade de prever de forma confiável o comportamento elastoplástico de um componente submetido a carregamentos vem ganhando importância no setor industrial. Atualmente a mecânica computacional possui números modelos constitutivos que cumprem tal tarefa, porém cada modelo possui suas limitações. Tendo isso em vista, este trabalho busca apresentar a importância da modulação do endurecimento cinemático na simulação de componentes dúcteis submetidos à plasticidade cíclica, por meio da implementação do modelo constitutivo endurecimento cinemático proposto por Jiang (1996) utilizando a linguagem FORTRAN e realização de um estudo comparativo entre os resultados encontrados pelos modelos de Jiang e Chaboche e também dados experimentais retirados da literatura, para a simulação do comportamento elastoplástico de três aços distintos (Aço 304, S460N e SAE 1045 HR) submetidos a históricos de carregamentos cíclicos proporcionais e não-proporcionais. / The ability to predict reliably the elastoplastic behavior of a component subjected to loads is becoming increasingly important in the industrial sector. Currently, computational mechanics has numbers constitutive models that fulfill such a task, but each model has its limitations. With this in mind, this paper search to present the importance of modulation of kinematic hardening in the simulation of ductile components subjected to cyclic plasticity, through the implementation of constitutive model kinematic hardening proposed by Jiang (1996) using FORTRAN and conducting a comparative study of the results found by models Jiang and Chaboche and also experimental data taken from literature, for the simulation of the elastoplastic behavior of three different steels (steel 304, S460N and SAE 1045 HR) subjected to cyclic loading histories proportional and non-proportional.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2018. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2018-05-07T18:41:32Z No. of bitstreams: 1 2018_CainãBemficadeBarros.pdf: 12251436 bytes, checksum: 876fa05cf00aed82da7e296be39eec5e (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-05-23T11:34:13Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2018_CainãBemficadeBarros.pdf: 12251436 bytes, checksum: 876fa05cf00aed82da7e296be39eec5e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-23T11:34:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2018_CainãBemficadeBarros.pdf: 12251436 bytes, checksum: 876fa05cf00aed82da7e296be39eec5e (MD5) Previous issue date: 2018-05-23 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq). / Os objetivos deste trabalho são investigar o comportamento tensão-deformação cíclico e a fadiga multiaxial do aço inoxidável 304L por meio de ensaios axiais, torsionais e axiais-torsionais proporcionais totalmente alternados controlados por deformação à temperatura ambiente e avaliar os modelos de fadiga do tipo plano crítico propostos por Smith, Watson e Topper (1970), e Fatemi e Socie (1988) em relação à previsão de vida à fadiga e à orientação das trincas macroscópicas. Corpos de prova tubulares com paredes finas usinados após o tratamento térmico de normalização foram submetidos a amplitudes de deformação equivalente de von Mises tais que 0,20% ≤ Δ/2 ≤ 1,00%. Devido à dependência da taxa de carregamento do comportamento tensão deformação do aço inoxidável 304L, todos os ensaios foram realizados com frequências (0,30-2,00 Hz) tais que a taxa de deformação equivalente de von Mises fosse igual a 10-2 s-1. Observou-se que o endurecimento secundário nos ensaios proporcionais só ocorreu para amplitudes de deformação equivalente Δ/2 ≥ 0,80% enquanto todos os ensaios axiais-torsionais apresentaram endurecimento secundário. Baseado na comparação entre os estados de tensão, concluiu-se que há falha por fadiga antes que o endurecimento secundário se torne significativo para os ensaios proporcionais cuja Δ/2 ≤ 0,60%. Observou-se um comportamento do tipo Masing para uma faixa de deformação axial Δ/2 ≤ 0,40% e torsional Δ/2 ≤ 0,61% para ensaios axiais, torsionais e proporcionais. A deformação equivalente de von Mises não pode ser usada como parâmetro limite para o comportamento Masing já que o ensaio proporcional cuja Δ/2 = 0,50% apresenta comportamento semelhante àquele de ensaios cuja Δ/2 ≤0,50%, o que não ocorre para o ensaio axial de mesma amplitude de deformação equivalente. Observou-se não proporcionalidade nos espaços das tensões desviadoras e das deformações plásticas para os ensaios proporcionais no espaço das deformações totais. No entanto, não se observou um aumento na amplitude de tensão destes ensaios quando comparados a ensaios axiais e torsionais, o que sugere que o endurecimento não proporcional está associado à não proporcionalidade no espaço das deformações totais. Não houve influência significativa do endurecimento secundário na análise de fadiga, já que não houve diferença significativa entre as estimativas de vida realizadas com constantes materiais obtidas de diferentes ciclos de referência para os dois modelos. Os modelos investigados previram a vida à fadiga com boa acurária, mas falharam em prever a orientação das trincas para todas as três histórias de deformação. / The goals of this work are to investigate the cyclic stress-strain behaviour and the multiaxial fatigue of the 304L stainless steel through fully reversed strain-controlled axial, torsional and proportional axial-torsional experiments at room temperature and to evaluate the critical plane fatigue models proposed by Smith, Watson and Topper (1970), and Fatemi and Socie (1988) regarding the fatigue life and the macroscopic fatigue crack orientation. Thin-walled tubular specimens machined after a normalization heat treatment were submitted equivalent von Mises strain amplitudes such that 0:20% "eq=2 1:00%. Due to the rate-dependent cyclic stressstrain behaviour of the 304L stainless steel, all experiments were performed with frequencies (0.30{2.00 Hz) such that the equivalent von Mises strain rate was equal to 102 s1. It was observed that the secondary hardening upon proportional loads occurred only for "eq=2 0:80%, whilst it occurred for all axial and torsional experiments. Based upon the comparison between stress states, it was concluded that fatigue failure occurs before the secondary hardening becomes important for proportional experiments whose "eq=2 0:60%. A Masing-type behaviour was observed for a range of axial strain "=2 0:40% and torsional strain sur=2 0:61% for axial, torsional and proportional experiments. The equivalent von Mises strain amplitude cannot be used as a threshold since the proportional experiment whose "eq=2 = 0:50% exhibits a behaviour similar to experiments whose "eq=2 < 0:50%, which does not occur for the axial experiment with the same equivalent strain amplitude. non-proportionality upon deviatoric stress and plastic strain spaces was observed for proportional experiments upon total strain space. Nonetheless, an increase in stress amplitude was not observed for those experiments when compared to axial and torsional ones, which suggests that non-proportional hardening is related to non-proportionality upon the total strain space. There was no signi cant inuence of secondary hardening upon fatigue analysis since there was no signi cant di erence between life predictions generated from material constants obtained from di erent reference cycles for both models. The investigated models predicted accurately fatigue life, but failed to predict crack orientation for all the three strain histories.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2017. / Submitted by Raiane Silva (raianesilva@bce.unb.br) on 2017-08-02T18:26:08Z No. of bitstreams: 1 2017_AllineChristineDinizZanette.pdf: 1602844 bytes, checksum: c0ea542c283a98ddc44ab50f02e97038 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2017-09-11T21:41:34Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_AllineChristineDinizZanette.pdf: 1602844 bytes, checksum: c0ea542c283a98ddc44ab50f02e97038 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-11T21:41:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_AllineChristineDinizZanette.pdf: 1602844 bytes, checksum: c0ea542c283a98ddc44ab50f02e97038 (MD5) Previous issue date: 2017-09-11 / Este trabalho apresenta um estudo e verificação do modelo de Jiang para estimativa de vida à fadiga no contexto de carregamentos multiaxiais para o aço 1045. Este modelo incorpora conceitos de plano crítico e energia, dispensando a utilização de métodos de contagem de ciclos para estimar a falha por fadiga. Foi utilizado o modelo de Chaboche para plasticidade cíclica para gerar histórias de tensão usadas nas simulações efetuadas. As trajetórias foram do tipo uniaxial totalmente reversa, torção pura, proporcional e elíptica não proporcional. Foram discutidos aspectos específicos do modelo de Jiang, bem como de seus parâmetros e dos resultados obtidos, tendo ele se mostrado satisfatório para produzir estimativas de vida à fadiga. / This works presents an analysis of the fatigue life estimation model proposed by Jiang as well as its verification under multiaxial loads for 1045 Steel. The Jiang model incorporates both critical plane and energy concepts, hence no cycle counting is needed to estimate fatigue life. The Chaboche cyclic plasticity model was adopted in order to generate the required loading history used in the simulations, whilst the loading paths herein used were: completely reversed uniaxial, pure torsional, proportional and non-proportional elliptical. A satisfactory verification was obtained, with results and analyses of the model and its parameters being later discussed.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2016. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-12-16T10:30:20Z No. of bitstreams: 1 2016_TiagodeBortoliLuciano.pdf: 2719088 bytes, checksum: 538057b07947c553a3999863e0881f3e (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2017-01-05T21:03:23Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_TiagodeBortoliLuciano.pdf: 2719088 bytes, checksum: 538057b07947c553a3999863e0881f3e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-05T21:03:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_TiagodeBortoliLuciano.pdf: 2719088 bytes, checksum: 538057b07947c553a3999863e0881f3e (MD5) / A análise de vida para componentes de equipamentos e estruturas sob condições adversas de solicitação mecânica é um passo importante e que merece muita atenção no projeto de componentes metálicos. Neste contexto, a previsão da vida útil pode ser feita através da utilização da Mecânica dos Meios Contínuos, ou seja, a motivação do presente trabalho nasce a partir do interesse em utilizar modelos constitutivos embasados na micromecânica de defeitos e integrados a modelos de plasticidade cíclica, com intuito de prever a vida à fadiga em materiais dúcteis. A partir de dados experimentais, serão apresentados estudos comparativos dos resultados para a previsão da falha obtidos por modelos embasados na micromecânica de defeitos, a saber: Modelo de Gurson acoplado a lei de endurecimento cinemático de Armstrong e Frederick. Para tanto, o citado modelo teve suas parcelas matemática e numérica desenvolvidos em uma plataforma acadêmica e linguagem FORTRAN, onde com a última se elaborou os algoritmos de retorno e de Newton-Raphson capazes de atualizar as variáveis internas do problema. Por fim, o modelo aqui implementando permitiu confrontar resultados experimentais de outras literaturas e inferir sobre a precisão da utilização da micromecânica do defeito para o emprego em modelos de previsão de vida à fadiga. _________________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Life analysis for equipment components and structures under severe mechanical stress is an important step that deserves much attention in the metal components design. In this context, the prediction of service life may be made by using the Continuum Mechanics, ie the present study is motivated rises from the interest in use constitutive models grounded in micromechanics defects and integrated with cyclic plasticity models, in order to predict the fatigue life in ductile materials. From experimental data, will be presented comparative studies of the results for the prediction of failure obtained by models grounded in micromechanics defects, namely: Gurson model coupled to kinematic hardening law of Armstrong and Frederick. Therefore, the model mentioned had their mathematical and numerical plots developed in an academic platform and FORTRAN language, where with the last one was produced the algorithm of return and the Newton-Raphson able to update the internal variables of the problem. Finally, the model here implementing allowed confront experimental results of other literature and infer about the accuracy of the use of micromechanical default for employment in fatigue life prediction models.