No presente trabalho foi realizado um estudo comparativo entre as ligas AA7050- T7451 e AA2050-T84, bem como entre as direções L-T e T-L para analisar o comportamento das ligas, quando submetidos à temperatura ambiente e criogênica. Para realizar a análise comparativa entre as ligas e entre as direções, foram utilizados corpos de prova tipo C(T) (Compacto Tension), pré-trincados em fadiga. A análise comportamental das ligas foram avaliadas através dos ensaios de tenacidade à fratura, KIC, Curva KR, fadiga, da/dN. A microestrutura foi caracterizada através da microscopia ótica, microscopia eletrônica de varredura e microscopia eletrônica de transmissão. Foi observado que na direção L-T há uma maior resistência à propagação da trinca em relação à direção T-L, no que diz respeito à Curva KR, tanto para temperatura ambiente quanto para temperatura criogênica. Quando comparou-se as duas ligas na direção L-T em temperatura ambiente, ambas apresentaram um fator de intensidade de tensão similar. Os resultados dos ensaios de fadiga mostraram que a direção T-L é mais sensível à razão de carga. Analisando os resultados entre as direções L-T e T-L, observou-se que as duas ligas apresentaram comportamento anisotrópico. / A comparative study was made of the AA7050-T7451 and AA2050-T84 alloys and of the L-T and T-L directions to analyze the behavior of the alloys when subjected to room and cryogenic temperatures. The comparative analyses of the alloys and directions were performed using fatigue-precracked compact tension (CT) test specimens. The behavior of the alloys was analyzed based on fracture toughness, KIC, KR curve, fatigue, and da/dN tests. Their microstructure was characterized by optical microscopy, scanning electron microscopy and transmission electron microscopy. The KR curve indicated that resistance to crack propagation was higher in the L-T direction than in the T-L direction at both room and cryogenic temperatures. In a comparison of the two alloys in the L-T direction at room temperature, they were found to present a similar stress intensity factor. The results of the fatigue tests demonstrated that the T-L direction is more sensitive to the load ratio. An analysis of the results in the L-T and T-L directions indicated that the two alloys exhibited anisotropic behavior.

A modelagem adequada da propagação de trincas por fadiga em fuselagens pressurizadas é complexa devido a uma série de fatores, tais como: o efeito geometricamente não-linear conhecido como bulging, o revestimento das fuselagens ser bastante delgado e a presença de reforçadores que alteram a distribuição de tensão na fuselagem. Uma metodologia para simular computacionalmente a propagação de trincas por fadiga em estruturas de casca pressurizadas baseada no método dos elementos finitos e em conceitos da Mecânica do Fraturamento Linear Elástica é apresentada. Como resultado dessa simulação, obtêm-se a trajetória de propagação da trinca e o número de ciclos para ocorrer a propagação. Um estudo paramétrico é realizado para avaliar a influência de diversos parâmetros, tais como: espessura do revestimento, nível de pressurização, comprimento de trinca, área da seção transversal e distância entre reforçadores, entre outros, no fator de bulging em estruturas de cascas pressurizadas com ou sem reforçadores. A metodologia apresentada é validada por meio da simulação de propagação de trinca em uma fuselagem de um Boeing 737, sendo que os resultados obtidos nessa simulação são comparados com resultados experimentais e com os obtidos por POTYONDY (1993). A influência do tamanho do incremento de trinca e do número de nós por elemento (4 ou 9 nós) nos resultados obtidos é investigada. / The modeling of fatigue crack growth in pressurized fuselages is very complex due to many factors, such as the nonlinear stiffening effect referred to as bulging, the fuselage skin being very thin and the presence of stiffeners which modifies the stress distribution on the fuselage. A methodology for the computational modeling of the fatigue crack growth in pressurized shell structures, based on the finite element method and concepts of Linear Elastic Fracture Mechanics, is presented. As a result of this numerical simulation, the crack trajectory and the fatigue propagation life are obtained. A parametric study is performed to investigate the influence of several parameters, such as skin thickness, pressurization level, crack length, structural area of the stiffeners, distance between stiffeners, on the bulging effect for unstiffened and stiffened pressurized shells. The methodology is validated by means of a fatigue crack propagation simulation in a Boeing 737 airplane fuselage. The results of this simulation are compared with experimental results and those obtained by POTYONDY (1993). Additionally, the influence of the crack increment and the number of nodes per element (8 or 9 nodes) on the simulation results are investigated.

O Método dos Elementos Finitos Generalizados (MEFG) tem se mostrado uma ferramenta bastante eficaz para a obtenção de soluções dos problemas da Mecânica da Fratura. O MEFG/MEFX permite que trincas estejam imersas na malha de elementos, o que contribui para a redução do custo computacional. Particularmente, ao se tratar da modelagem do processo de propagação, a combinação do método geométrico denominado level-set com o MEFG/MEFX traz a vantagem de permitir descrever mais claramente o posicionamento e o caminho de propagação da trinca. A previsão das soluções dos problemas de fratura obtidas com o MEFG/MEFX o indicam como ferramenta importante para a simulação de processos que envolvem carregamento repetido e previsão de resposta em fadiga. Nesse contexto, a vida em fadiga é um dos principais fatores determinantes na análise de integridade estrutural. Esta pesquisa tem por objetivo avaliar, mediante simulações numéricas, a representatividade e as dificuldades da aplicação do MEFG/MEFX, combinado ao método level-set, para a estimativa de vida em fadiga de elementos estruturais aeronáuticos. Consideram-se abordagens estática e cinemática, de um modo geral e em particular para as análises em fadiga. A abordagem estática requer precisão na determinação dos fatores de intensidade de tensão. A abordagem cinemática inclui a propagação da trinca. Os exemplos considerados consistem em problemas planos e tridimensionais. As ferramentas empregadas são códigos computacionais para o MEFG/MEFX: MXFEM e ABAQUS. Conclui-se que o MEFG/MEFX pode se constituir em instrumento de grande interesse para a indústria aeronáutica, ao permitir análises de integridade estrutural que viabilizam a definição de um plano de inspeção personalizado para os operadores. Além disso, o uso do MEFG/MEFX no campo de definição e projeto de reparos estruturais também é algo promissor, dadas suas características e vantagens demonstradas neste trabalho. / The Generalized Finite Element Method (GFEM) has proved to be a very effective tool for obtaining solutions to the problems of Fracture Mechanics. The GFEM/XFEM allows cracks to be immersed in a finite the element mesh, which contributes to the reduction of the computational cost. Particularly, regarding modeling the propagation process, the combination of the geometric method called \'level-set\' with the GFEM/XFEM has the advantage of being able to describe more clearly the positioning and propagation path of the crack. The prediction of solutions of the fracture problems obtained with the GFEM/XFEM indicate it as an important tool for the simulation of processes involving repeated loading and prediction of fatigue response. In this context, life in fatigue is one of the main determining factors in the structural integrity analysis. The aim of this research was to evaluate the representativeness and difficulties of the application of the GFEM/XFEM, combined with the \'level-set\' method, to estimate fatigue life of aeronautical structural elements using numerical simulations. Static and kinematic approaches were considered, and in particular for fatigue analysis. The static approach requires precision in the determination of the stress intensity factors. The kinematic approach includes the propagation of the crack. The considered examples consist of plane and three-dimensional problems. The tools used are computational codes for the GFEM/XFEM: MXFEM and ABAQUS. As a conclusion, the GFEM/XFEM can be an instrument of great interest for the aeronautical industry, allowing structural integrity analyzes that allow the definition of a personalized inspection plan for the operators. In addition, the use of GFEM/XFEM in the field of definition and design of structural repairs is also promising, given its characteristics and advantages demonstrated in this work.

Submitted by Cátia Araújo (catia.araujo@unipampa.edu.br) on 2017-01-25T12:54:53Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Modelagem matemática de propagação de trinca em uma haste em queda livre chocando-se transversalmente contra um apoio rígido.PDF: 2441445 bytes, checksum: a03a1299e0ddd70217e9c31431f4fc61 (MD5) / Approved for entry into archive by Cátia Araújo (catia.araujo@unipampa.edu.br) on 2017-01-25T12:55:20Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Modelagem matemática de propagação de trinca em uma haste em queda livre chocando-se transversalmente contra um apoio rígido.PDF: 2441445 bytes, checksum: a03a1299e0ddd70217e9c31431f4fc61 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-25T12:55:20Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Modelagem matemática de propagação de trinca em uma haste em queda livre chocando-se transversalmente contra um apoio rígido.PDF: 2441445 bytes, checksum: a03a1299e0ddd70217e9c31431f4fc61 (MD5) Previous issue date: 2014-04-11 / A modelagem da propagação de trinca é sempre um assunto importante para a segurança de componentes estruturais. Contudo, este assunto é muito complexo, devido à propagação de trinca sofrer influência de vários fatores, tais como: propriedades mecânicas dos materiais, tipo de carregamento e plastificação na região da trinca etc. Quando o componente estrutural é submetido a uma carga de impacto, a situação se complica muito, devido ao tempo da ação de impacto ser extremamente curto. Inicialmente este trabalho desenvolveu uma solução para o carregamento dinâmico de uma barra em queda livre chocando-se transversalmente contra um apoio rígido. Através desta solução podemos obter os dados como: deslocamento, velocidade, aceleração, momento fletor e força cortante em qualquer instante ao longo do seu comprimento. Pela análise do resultado numérico obtido, denotamos que a solução em forma de série pode ser trancada no quinto item, pois os termos subsequentes não tem influência relevante no resultado. Podemos constatar com auxílio dos gráficos, que a tensão máxima na superfície da barra não ocorre na seção da trinca, até certo tempo ocorrido. Em seguida o presente trabalho relacionou a tensão de escoamento e a tensão última do material, com a dureza. Através do método de Palmeri e Cicirello, foi modelada a propagação de trinca, na seção da barra localizada sobre o apoio. Os resultados obtidos mostram que a maior contribuição à força motriz na propagação de trinca é da energia cinética; a maior contribuição à resistência a propagação de trinca é dada pelo trabalho feito pela mola elástica de rotação, representando a trinca. Quando a força motriz é menor que a resistência, a trinca cessa sua propagação. Porém o resultado revelou algumas necessidades para melhorar a modelagem, especificando: a maneira de obter o coeficiente de flexibilidade da haste contendo trinca, e o tratamento dos dados sobre a aceleração instantânea. / Modeling crack propagation is always an important issue for the safety of structural components. This matter is very complex, due to crack propagation be influenced by several factors such as: mechanical properties of materials, type of loading, lamination in the crack region etc. When the structural component is subjected to an impact load, the situation is further complicated, for the impact of action time is extremely short. Initially this work developed a solution for the dynamic loading of a free falling bar crashing transverselly against a rigid support. Through this solution data as displacement, velocity, acceleration, bending moment and shear force at any point along its length can be obtained. By analyzing the numerical result, we denote the solution in serial form can be locked in the fifth term, for subsequent terms has no relevant influence on the result. We can see with the help of graphics, the maximum stress on the surface of the bar does not occur in the crack section until certain time has passed. Then this work has related yield stress and ultimate strength of the material with hardness. Through Palmeri and Cicirello’s method, crack propagation was modeled, in the bar section located over the support. The results show that the major contribution to the driving force in the crack propagation is the kinetic energy; the largest contribution to the crack propagation resistance is given by the work done by the spring elastic rotation, which represents the crack. When the driving force is less than the resistance crack propagation ceases. Still the results showed the need to improve the modeling, specifying: a way to get the stem flexibility coefficient containing the crack, and the processing of data concerning the instantaneous acceleration.

Submitted by Cátia Araújo (catia.araujo@unipampa.edu.br) on 2017-01-26T10:58:30Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Análise por método de diferenças finitas da propagação dinâmica de trinca em uma haste em queda livre chocando-se transversalmente contra um apoio rígido.pdf: 2272346 bytes, checksum: 880f3013b8a3711317e2a11e114edfaf (MD5) / Approved for entry into archive by Cátia Araújo (catia.araujo@unipampa.edu.br) on 2017-01-26T10:58:58Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Análise por método de diferenças finitas da propagação dinâmica de trinca em uma haste em queda livre chocando-se transversalmente contra um apoio rígido.pdf: 2272346 bytes, checksum: 880f3013b8a3711317e2a11e114edfaf (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-26T10:58:59Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Análise por método de diferenças finitas da propagação dinâmica de trinca em uma haste em queda livre chocando-se transversalmente contra um apoio rígido.pdf: 2272346 bytes, checksum: 880f3013b8a3711317e2a11e114edfaf (MD5) Previous issue date: 2015-06-19 / Atualmente o Brasil é um dos maiores produtores de minério de ferro do mundo. Após a extração ocorre a trituração através de equipamentos de grande porte. O Moinho de Barras é um dos equipamentos mais utilizados, essas máquinas apresentam elevado custo de manutenção devido a constante quebra das barras internas de moagem. Para reduzir esses custos é necessário realizar análise matemática e de mecânica da fratura na barra. O objetivo desse trabalho é analisar a propagação de trinca em uma barra no interior do tambor do moinho de barras, para isso, é considerado que a barra cai em queda livre sobre uma pedra (apoio rígido) posicionada exatamente no centro. A análise foi realizada a partir da solução dinâmica da barra em queda livre chocando-se transversalmente em um apoio rígido pelo método de diferenças finitas (MDF). O algoritmo do MDF foi aferido inicialmente por comparação entre os resultados de simulação realizada no ANSYS LS-DYNA e os resultados analíticos para caso de sem trinca, onde ficou comprovada a eficiência do MDF. A resolução da propagação da trinca consiste na determinação de quando ocorre o início da trinca, ou seja, quando a tensão superficial supera a tensão de ruptura do material a trinca inicia, e na verificação das condições para a propagação, isto é, após a iniciação da trinca utiliza-se o balanço de energia de Griffith em cada instante de tempo para verificar se a trinca continua propagando. Ao analisar os resultados do trabalho conclui-se que: a barra pode quebrar em mais de um pedaço; em materiais com dureza elevada não ocorre o início da trinca; a tenacidade à fratura influência diretamente na velocidade e no comprimento propagado da trinca; o coeficiente de encruamento do material é eficiente para interromper a propagação da trinca e reduzir a velocidade de propagação. O presente trabalho poderá ser considerado como base para analisar propagação de trinca em uma barra com múltiplas trincas e perfil de dureza variável. / Brazil is one of major producers of iron ore in the world. After the ore is explored, the first process of the production is to triturate iron ore. A rods mill is most common grinding equipment. These machines are of high maintenance costs due to constant failure in the milling bars caused by the chock when the bar drops down and impacts on the ores. To reduce such costs, mathematical and mechanical analysis for the bar failure is necessary. The aim of this study is to analyze the crack propagation in a bar, subjected to the shock inside the rod mill barrel. It is considered that the bar falls down freely on a rock (hard support) positioned exactly at the center. The dynamic analysis was performed by the finite difference method (FDM). At first the algorithm based on the FDM was compared with the results performed in ANSYS LS-DYNA and with analytical solution without crack propagation. It was verified FDM efficiency. The numerical analysis is to check when crack onset occurs and if there are conditions for the crack propagation, in other words, when the stress exceeds the ultimate strength of the material initiating crack, thereafter, using the energy balance Griffith at each instant of time to check the conditions of crack continue propagation. By analyzing the results we conclude that: the bar can break into several pieces; in materials with elevated hardness may not onset crack; the fracture toughness influences the speed and length of the crack propagation; the work hardening coefficient of the material is efficient to arrest crack propagation and decrease the speed of crack propagation. This work has laid the foundation for analyzing multi-cracks propagation in a bar with a profile of variable hardness.

A modelagem adequada da propagação de trincas por fadiga em fuselagens pressurizadas é complexa devido a uma série de fatores, tais como: o efeito geometricamente não-linear conhecido como bulging, o revestimento das fuselagens ser bastante delgado e a presença de reforçadores que alteram a distribuição de tensão na fuselagem. Uma metodologia para simular computacionalmente a propagação de trincas por fadiga em estruturas de casca pressurizadas baseada no método dos elementos finitos e em conceitos da Mecânica do Fraturamento Linear Elástica é apresentada. Como resultado dessa simulação, obtêm-se a trajetória de propagação da trinca e o número de ciclos para ocorrer a propagação. Um estudo paramétrico é realizado para avaliar a influência de diversos parâmetros, tais como: espessura do revestimento, nível de pressurização, comprimento de trinca, área da seção transversal e distância entre reforçadores, entre outros, no fator de bulging em estruturas de cascas pressurizadas com ou sem reforçadores. A metodologia apresentada é validada por meio da simulação de propagação de trinca em uma fuselagem de um Boeing 737, sendo que os resultados obtidos nessa simulação são comparados com resultados experimentais e com os obtidos por POTYONDY (1993). A influência do tamanho do incremento de trinca e do número de nós por elemento (4 ou 9 nós) nos resultados obtidos é investigada. / The modeling of fatigue crack growth in pressurized fuselages is very complex due to many factors, such as the nonlinear stiffening effect referred to as bulging, the fuselage skin being very thin and the presence of stiffeners which modifies the stress distribution on the fuselage. A methodology for the computational modeling of the fatigue crack growth in pressurized shell structures, based on the finite element method and concepts of Linear Elastic Fracture Mechanics, is presented. As a result of this numerical simulation, the crack trajectory and the fatigue propagation life are obtained. A parametric study is performed to investigate the influence of several parameters, such as skin thickness, pressurization level, crack length, structural area of the stiffeners, distance between stiffeners, on the bulging effect for unstiffened and stiffened pressurized shells. The methodology is validated by means of a fatigue crack propagation simulation in a Boeing 737 airplane fuselage. The results of this simulation are compared with experimental results and those obtained by POTYONDY (1993). Additionally, the influence of the crack increment and the number of nodes per element (8 or 9 nodes) on the simulation results are investigated.

O Método dos Elementos Finitos Generalizados (MEFG) tem se mostrado uma ferramenta bastante eficaz para a obtenção de soluções dos problemas da Mecânica da Fratura. O MEFG/MEFX permite que trincas estejam imersas na malha de elementos, o que contribui para a redução do custo computacional. Particularmente, ao se tratar da modelagem do processo de propagação, a combinação do método geométrico denominado level-set com o MEFG/MEFX traz a vantagem de permitir descrever mais claramente o posicionamento e o caminho de propagação da trinca. A previsão das soluções dos problemas de fratura obtidas com o MEFG/MEFX o indicam como ferramenta importante para a simulação de processos que envolvem carregamento repetido e previsão de resposta em fadiga. Nesse contexto, a vida em fadiga é um dos principais fatores determinantes na análise de integridade estrutural. Esta pesquisa tem por objetivo avaliar, mediante simulações numéricas, a representatividade e as dificuldades da aplicação do MEFG/MEFX, combinado ao método level-set, para a estimativa de vida em fadiga de elementos estruturais aeronáuticos. Consideram-se abordagens estática e cinemática, de um modo geral e em particular para as análises em fadiga. A abordagem estática requer precisão na determinação dos fatores de intensidade de tensão. A abordagem cinemática inclui a propagação da trinca. Os exemplos considerados consistem em problemas planos e tridimensionais. As ferramentas empregadas são códigos computacionais para o MEFG/MEFX: MXFEM e ABAQUS. Conclui-se que o MEFG/MEFX pode se constituir em instrumento de grande interesse para a indústria aeronáutica, ao permitir análises de integridade estrutural que viabilizam a definição de um plano de inspeção personalizado para os operadores. Além disso, o uso do MEFG/MEFX no campo de definição e projeto de reparos estruturais também é algo promissor, dadas suas características e vantagens demonstradas neste trabalho. / The Generalized Finite Element Method (GFEM) has proved to be a very effective tool for obtaining solutions to the problems of Fracture Mechanics. The GFEM/XFEM allows cracks to be immersed in a finite the element mesh, which contributes to the reduction of the computational cost. Particularly, regarding modeling the propagation process, the combination of the geometric method called \'level-set\' with the GFEM/XFEM has the advantage of being able to describe more clearly the positioning and propagation path of the crack. The prediction of solutions of the fracture problems obtained with the GFEM/XFEM indicate it as an important tool for the simulation of processes involving repeated loading and prediction of fatigue response. In this context, life in fatigue is one of the main determining factors in the structural integrity analysis. The aim of this research was to evaluate the representativeness and difficulties of the application of the GFEM/XFEM, combined with the \'level-set\' method, to estimate fatigue life of aeronautical structural elements using numerical simulations. Static and kinematic approaches were considered, and in particular for fatigue analysis. The static approach requires precision in the determination of the stress intensity factors. The kinematic approach includes the propagation of the crack. The considered examples consist of plane and three-dimensional problems. The tools used are computational codes for the GFEM/XFEM: MXFEM and ABAQUS. As a conclusion, the GFEM/XFEM can be an instrument of great interest for the aeronautical industry, allowing structural integrity analyzes that allow the definition of a personalized inspection plan for the operators. In addition, the use of GFEM/XFEM in the field of definition and design of structural repairs is also promising, given its characteristics and advantages demonstrated in this work.

No presente trabalho foi realizado um estudo comparativo entre as ligas AA7050- T7451 e AA2050-T84, bem como entre as direções L-T e T-L para analisar o comportamento das ligas, quando submetidos à temperatura ambiente e criogênica. Para realizar a análise comparativa entre as ligas e entre as direções, foram utilizados corpos de prova tipo C(T) (Compacto Tension), pré-trincados em fadiga. A análise comportamental das ligas foram avaliadas através dos ensaios de tenacidade à fratura, KIC, Curva KR, fadiga, da/dN. A microestrutura foi caracterizada através da microscopia ótica, microscopia eletrônica de varredura e microscopia eletrônica de transmissão. Foi observado que na direção L-T há uma maior resistência à propagação da trinca em relação à direção T-L, no que diz respeito à Curva KR, tanto para temperatura ambiente quanto para temperatura criogênica. Quando comparou-se as duas ligas na direção L-T em temperatura ambiente, ambas apresentaram um fator de intensidade de tensão similar. Os resultados dos ensaios de fadiga mostraram que a direção T-L é mais sensível à razão de carga. Analisando os resultados entre as direções L-T e T-L, observou-se que as duas ligas apresentaram comportamento anisotrópico. / A comparative study was made of the AA7050-T7451 and AA2050-T84 alloys and of the L-T and T-L directions to analyze the behavior of the alloys when subjected to room and cryogenic temperatures. The comparative analyses of the alloys and directions were performed using fatigue-precracked compact tension (CT) test specimens. The behavior of the alloys was analyzed based on fracture toughness, KIC, KR curve, fatigue, and da/dN tests. Their microstructure was characterized by optical microscopy, scanning electron microscopy and transmission electron microscopy. The KR curve indicated that resistance to crack propagation was higher in the L-T direction than in the T-L direction at both room and cryogenic temperatures. In a comparison of the two alloys in the L-T direction at room temperature, they were found to present a similar stress intensity factor. The results of the fatigue tests demonstrated that the T-L direction is more sensitive to the load ratio. An analysis of the results in the L-T and T-L directions indicated that the two alloys exhibited anisotropic behavior.

In order to characterize mechanical components used in high responsibility applications, the knowledge of chemical composition and results from regular experiments such as traction, impact and hardness tests is important, but not sufficient. They cannot supply the necessary information that permit anticipating, in a reliable way, the components behavior in actual working conditions. As an example, there are engines cylinder head submitted to mechanical and thermal tensions that are relatively high during the in service use, and very high in same very demanding condition. During long run times and any failure in the cooling and/or lubrication the temperature may reach 300ºC. This temperature variation causes thermal shocks which may generate cracks and/or a wide ranging of plastic deformation in regions close to the pistons. Even not considering the thermal shock effects caused by failure, even so, a short number of start-up and shutdown cycles of engine, are considered the main cause of small cracks. This indicates that the generation of cracks in cylinder head may be considered as low cycle thermomechanical fatigue problem. Another problem is the microstructure heterogeneity in the component due to the casting process, leading to different physical and mechanical properties in the same piece. Besides the presence of porosity generated by gas bubbles and voids of solidification, which may be as great as short crack, reducing the nucleation life and changing the problems focus for the fatigue crack growth. The purpose of this study was to determine the isothermal and thermomechanical fatigue property through low cycle fatigue, as well as the fatigue crack growth, relaxation, microestrutural characterization and modeling of mechanical behavior by finite element for the aluminum alloy employed in the manufacture of engine cylinder head by the national automotive industry. Isothermal fatigue experiments were carried out at temperature of 120ºC and 280ºC and the thermomechanical performed in phase between the temperatures of 120ºC and 280ºC. The relaxation experiments were performed at some temperatures with trapezoidal wave loading, whereas the experiments of fatigue crack growth carried out at temperatures of 120ºC, 200ºC and 280ºC for sine and trapezoidal wave loading in displacement and load control. The microstructure analysis was also made in the specimens after the fatigue test by optical microscopy and scanning electron microscopy SEM. The results of these experiments showed that the casting defects and materials inhomogeneities, coupled long run times in high temperatures and loads, are a critical factor in the component performance. These results help us to establish accurate models for life prediction of the engine cylinder head. / Para caracterizar componentes usados em aplicações de alta responsabilidade não basta apenas conhecer a composição química e os resultados de ensaios de tração, impacto e dureza, pois estes podem não fornecer os subsídios necessários que permitam prever, de maneira confiável, o comportamento dos componentes nas condições reais de trabalho. Exemplo disto são os cabeçotes de motor automotivos, submetidos a tensões térmicas e mecânicas relativamente altas durante seu uso normal e altíssimo em condições extremas. Durante longos tempos de funcionamento e eventuais falhas na refrigeração e ou lubrificação a temperatura pode chegar a valores próximos de 300ºC. Esta variação de temperaturas provoca choques térmicos que podem gerar trincas e/ou uma grande quantidade de deformação plástica em regiões próximas aos pistões. Desconsiderando a presença de choques térmicos provocados por falhas, ainda assim, uma pequena quantidade de ciclos de acionamento e parada do motor, é considerada como os principais causadores de pequenas trincas. Isso indica que o surgimento de trincas em cabeçotes de motor deve ser considerado um problema de fadiga termomecânica de baixo ciclo. Outro problema é a heterogeneidade microestrutural no componente devido ao processo de fundição, levando a propriedades mecânicas e físicas diferentes em uma mesma peça. Além da presença de porosidade gerada por bolhas de gás e vazios de solidificação, que podem adquirir tamanho tal que se aproximem de pequenas trincas, diminuindo a vida para a nucleação e assim mudando o foco do problema para o de propagação de trinca por fadiga. A proposta deste trabalho foi a de determinar as propriedades de fadiga isotérmica e termomecânica através de ensaios de fadiga de baixo ciclo, bem como as propriedades de propagação de trinca por fadiga, relaxação, caracterização microestrutural e modelagem do comportamento mecânico por elementos finitos para a liga de alumínio utilizada na fabricação de cabeçotes de motores automotivos pela indústria nacional. Os ensaios de fadiga isotérmica foram realizados nas temperaturas de 120ºC e 280ºC e os ensaios termomecânicos foram realizados em fase entre as temperaturas de 120ºC e 280ºC. Os ensaios de relaxação foram realizados em várias temperaturas com carregamento de onda trapezoidal, enquanto que os ensaios de propagação de trinca por fadiga foram realizados nas temperaturas de 120ºC, 200ºC e 280ºC para carregamentos de onda senoidal e trapezoidal em controle de carga e de deslocamento. Foi feita também análise microestrutural nos corpos de prova, após os ensaios de fadiga, por microscopia óptica e por microscopia eletrônica de varredura MEV. Os resultados destes ensaios mostraram que os defeitos de fundição e a falta de homogeneidade no material, aliados a longos tempos de exposição a carregamentos e em altas temperaturas, constituem um fator crítico no desempenho do componente. Estes resultados ajudarão a estabelecer modelos precisos de previsão de vida para os cabeçotes de motor.

A análise da vida em fadiga em amplitude variável associada à corrosão é bastante complexa, devido a combinações entre as interações eletroquímicas ocorridas, tendo em vista a exposição da frente da trinca à névoa salina somada aos efeitos deletérios do carregamento de amplitude variável. Esta combinação de efeitos ainda não é modelada matematicamente, e os dados experimentais observados em outros trabalhos ainda geram hipóteses inconclusivas. Neste contexto, este estudo tem como objetivo avaliar a vida em fadiga da liga 7475 T7351, utilizando carregamento de voos simulados TWIST e FALSTAFF e submetida a névoa salina a 3,5 e 5%. Foram executados ensaios eletroquímicos, para verificar o potencial de corrosão dessa liga e análise microestrutural para verificar a formação de pites. O crescimento de trinca por fadiga com carregamento de voo foi simulado, sem considerar os efeitos do meio, nos programas NASGRO 4.0, AFGROW e CRACK 2000, com parâmetros calibrados no NASGRO 4.0, no intuito de verificar quais modelos matemáticos e programas descrevem a curva experimental em ar com menor erro. Os resultados mostraram que os programas NASGRO 4.0 e AFGROW se aproximaram com menor erro à curva experimental em ar. Os ensaios de crescimento de trinca por fadiga foram executados com carregamento de voos simulados e os parâmetros para o sistema de geração de névoa salina foram determinados experimentalmente. As curvas de crescimento de trinca e taxa de propagação em névoa salina foram comparadas às curvas em ar, as quais também foram obtidas sob as mesmas condições de carregamento. Observou-se que para os ensaios em névoa salina, a trinca rompeu com maior número de voos em relação às curvas em ar. / The corrosion fatigue life analysis under variable amplitude loading is very complex due electrochemistry effects in crack tip exposed to salt spray matched to harmful effects of amplitude variable loading. This effects combination is not modeling mathematically actually, and the experimentally data observed in other research generates inconclusive theories. In this context, the main aim of this research to evaluate the corrosion fatigue life of 7475 T7351 under spectrum loading TWIST and FALSTAFF and exposed to 3.5% and 5% NaCl. Electrochemistry test were performed to verify the corrosion potential followed of microstructural analysis by SEM, to verify the pitting on 7475 T7351 alloy. The fatigue crack growth was simulated, without environmental effects, using the codes NASGRO, AFGROW and CRACK 2000, the simulation parameters was fit on NASGRO 4.0, to analyze whether the crack growth models and codes are able to represent properly the air experimental crack growth data. The results showed that NASGRO 4.0 and AFGROW codes described the fatigue crack growth in air with less error. The fatigue crack growth tests were performed under spectrum loadings and the parameters to obtain salt spray were determined experimentally. The corrosion fatigue crack growth and rate data were compared to air data, under the same loading conditions. The corrosion fatigue tests showed that the specimens cracked under a larger number of flights than specimens in air.