Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2017. / Submitted by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-06-25T17:31:13Z No. of bitstreams: 1 2017_MarcusViníciusCostaSá.pdf: 6922970 bytes, checksum: 384a1391e36ce7edb6d2c7966ee1ddff (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-06-29T16:36:31Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_MarcusViníciusCostaSá.pdf: 6922970 bytes, checksum: 384a1391e36ce7edb6d2c7966ee1ddff (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-29T16:36:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_MarcusViníciusCostaSá.pdf: 6922970 bytes, checksum: 384a1391e36ce7edb6d2c7966ee1ddff (MD5) Previous issue date: 2018-06-25 / Esse trabalho propõe uma reformulação da Teoria da Distância Crítica para previsão de vida à fadiga em componentes entalhados submetidos a carregamentos multiaxiais. Diferentemente da abordagem clássica, para a construção da função que relaciona a distância crítica à vida, foram utilizados parâmetros representativos de modelos de falha sob condições de carregamento multiaxial. Nesse sentido, propôs-se a utilização do parâmetro de Smith-Watson-Topper, PSWT, e do parâmetro de Fatemi-Socie, PFS, para representarem a relação entre a distância crítica e a vida. Na construção do modelo, foi desenvolvido um programa experimental com o objetivo de caracterizar o comportamento à fadiga do material em condições uniaxiais utilizando-se espécimes lisos e entalhados fabricados com a liga Al 7050-T7451. Assim, foram geradas as curvas de Wöhler sob condições de tração-compressão (-N), torção alternada (-N), bem como as curvas que relacionam a vida aos parâmetros PSWT e PFS. Com base nesse conjunto de dados experimentais, foram geradas um total de seis curvas de distância crítica divididas segundo dois critérios distintos: a) condição de carregamento do ensaio (tração-compressão e torção alternada) e b) modelo de falha (tensão principal, tensão cisalhante, parâmetro de Smith-Watson-Topper e parâmetro de Fatemi e Socie). Para a validação do modelo, testes de fadiga utilizando espécimes lisos e entalhados foram conduzidos sob condições de carregamento multiaxial em fase. Também foi desenvolvido um conjunto de algoritmos computacionais para a previsão de vida sob condições multiaxiais. Além dos algoritmos que executam a previsão de vida considerando as curvas de distância critica expressas em termos dos parâmetros PSWT e PFS, implementou-se o algoritmo para a previsão de vida segundo o método da curva de Wöhler modificada (MCWM). Com base nos resultados obtidos numérica e experimentalmente, verificou-se que a metodologia proposta, quando considerado o modelo que melhor representa esse fenômeno, é capaz de realizar previsões de vida com níveis de acerto da ordem de 86,4% para faixa de variação de vida com fator 3. / This thesis proposed a reformulation of the Theory of Critical Distances aiming to predict fatigue life of multiaxial notched specimens subjected to in phase multiaxial fatigue loads. As opposed to the classical approach, for the construction of a function that correlates the critical distance to the fatigue life, it has been used parameters that use models of multiaxial failure. In this sense the parameter of Smith-Watson-Topper, PSWT, and Fatemi-Socie, PFS, are used to represent the relation between critical distance against fatigue life curve. In the of model construction, an experimental program was developed aiming to characterize the fatigue behavior of the material under uniaxial conditions using plain and notched Al 7050-T7451 specimens. In this sence, the Wöhler curves were generated for push-pull (-N) and torsional (-N) load conditions the same way that the curves which correlate the parameters PSWT e PFS were obtained. Based on the set of experimental data, six curves of critical distances where generated according to the following criteria: a) the load condition (push-pull and torsional) and b) the model of failure (principal stress, shear stress, Smith-Watson-Topper and Fatemi-Socie parameters). In order to validate the proposed methodology, a set of multiaxial fatigue tests were carried out using plain and “V” notched specimens. Besides the algorithms designed to life prediction considering critical distance curves expressed in terms of PSWT e PFS parameters, there were also designed an algorithm for life prediction according to the Modified Wöhler Curve Method (MWCM). Taking into account the numerical and experimental results obtained, the proposed methodology was able to realize life predictions up to 86,4% of accuracy in a life variance range with factor 3, according to the chosen failure model.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, Programa de Pós-Graduação em Ciências Mecânicas, 2013. / Submitted by Jaqueline Ferreira de Souza (jaquefs.braz@gmail.com) on 2014-10-24T14:24:29Z No. of bitstreams: 1 2013_BraitnerLobatodaSilva.pdf: 2796154 bytes, checksum: 327a02a13fe99f4fe1cd1f0fa6eeb4da (MD5) / Approved for entry into archive by Tania Milca Carvalho Malheiros(tania@bce.unb.br) on 2014-10-24T15:10:35Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_BraitnerLobatodaSilva.pdf: 2796154 bytes, checksum: 327a02a13fe99f4fe1cd1f0fa6eeb4da (MD5) / Made available in DSpace on 2014-10-24T15:10:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_BraitnerLobatodaSilva.pdf: 2796154 bytes, checksum: 327a02a13fe99f4fe1cd1f0fa6eeb4da (MD5) / A presente tese visa investigar o domínio de atuação do conceito de distância crítica considerando a estocasticidade da falha por fadiga. Como ferramenta numérica propõe uma abordagem probabilística baseada na análise de confiabilidade para avaliar a falha por fadiga utilizando a Teoria da Distância Crítica na formulação da função de estado limite de falha. Para tanto, simulações numéricas foram conduzidas tendo como dados de entrada os parâmetros de fadiga do aço ASTM A743 CA6NM e as características geométricas de espécimes entalhados para investigar o comportamento estocástico das predições da tensão na distância crítica e do limiar de propagação de trincas. Probabilisticamente o modelo de confiabilidade foi verificado a partir da análise de sensibilidade dos parâmetros que controlam a falha por fadiga, a previsão da margem de segurança e a estimação da probabilidade de falha. Os resultados mostraram que o conceito de distância crítica se comporta bem em um domínio de entalhes agudos até suaves e que relações entre o raio do entalhe e o tamanho da seção transversal na região do entalhe da ordem de 1% podem marcar a transição entre entalhe agudo e suave. As predições da distância crítica, da tensão na distância crítica e do limiar de propagação de trincas são sensíveis aos parâmetros associados ao limite de fadiga do espécime entalhado independentemente da geometria e da abordagem adotada. Além disso, verificou-se que o conhecimento da distribuição de probabilidade das funções de resistência e de solicitação permite a estimação da tensão de resistência à fadiga média para dada probabilidade de falha, bem como, a previsão da probabilidade média de falha para dado nível de solicitação. Essas informações são de grande valia para a otimização de projetos mecânicos. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT / This thesis aims to investigate the work domain of critical distance concept considering the stochasticity of the fatigue failure. As a numerical tool it is proposed a probabilistic approach based on reliability analysis to assess fatigue failure using the Theory of Critical Distances on the formulating of the limit state of failure. Therefore, numerical simulations were carried out using fatigue parameters of ASTM A743 CA6NM alloy steel and geometrical characteristics of notched specimens as input data to investigate the predicted stochastic behavior of the stress on the critical distance and of the threshold stress intensity factor. Probabilistically the reliability model was verified from the sensibility analysis of the parameters which control the fatigue failure, of the predictions of safety margin and of the estimates of probability of failure. The results showed that the concept of critical distance behaves well from sharp notches until blunt and that relations between the notch root radius and the net section of the order of 1% can mark the transition between sharp and blunt notches. The predictions of the critical distance, of the fatigue stress on the critical distance and of the threshold stress intensity factor are sensitive to the parameters associated to notch endurance limit regardless of the geometry and the critical distance approach adopted. Furthermore, the knowledge about the probability density functions of the capacity and demand allows the estimation of the mean fatigue strength to specific probability of failure, as well, the prediction of the mean strength for a specific probability of failure, as well, allows the prediction of the mean probability to failure for a requested level of load. Those informations are valuable to mechanical design optimization.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2017. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2017-10-17T16:09:04Z No. of bitstreams: 1 2017_VitorSoaresRabeloAdriano.pdf: 10962275 bytes, checksum: c8cb507a31646087a77dfce259e055db (MD5) / Rejected by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br), reason: Bom dia, O título descrito não condiz com o documento submetido. Atenciosamente. on 2017-11-07T14:40:18Z (GMT) / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2017-11-07T16:04:51Z No. of bitstreams: 1 2017_VitorSoaresRabeloAdriano.pdf: 10962275 bytes, checksum: c8cb507a31646087a77dfce259e055db (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2017-11-17T21:46:59Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_VitorSoaresRabeloAdriano.pdf: 10962275 bytes, checksum: c8cb507a31646087a77dfce259e055db (MD5) / Made available in DSpace on 2017-11-17T21:46:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_VitorSoaresRabeloAdriano.pdf: 10962275 bytes, checksum: c8cb507a31646087a77dfce259e055db (MD5) Previous issue date: 2017-11-17 / Este trabalho de natureza experimental e numérica tem como objetivo estimar a vida em fadiga de fios de alumínio liga 6201-T81, contendo descontinuidades geométricas. Esses fios foram retirados de cabos CAL 900 utilizados em linhas de transmissão de energia. Para tanto, simulações via MEF foram realizadas para obter o campo de tensão ao redor das descontinuidades. Posteriormente, a Teoria da Distância Crítica (TDC) combinada com o critério de Smith-Watson-Topper (SWT) foi utilizada. O parâmetro de SWT foi avaliado segundo o Método do Ponto (MP), Método da Linha (ML) e o Método do Volume (MV). Para calibrar a relação da distância crítica (L) Vs número de ciclos para falha (Nf), duas metodologias foram utilizadas: a primeira utiliza-se de duas curvas S-N produzidas em razão de carregamento ܴR= −1, uma curva do fio plano e outra do fio entalhado; a segunda também utiliza-se de duas curvas S-N produzidas em razão de carregamento R= −1, porém as duas curvas são referentes a fios contendo descontinuidades geométricas diferentes. Assim, tanto para calibrar a relação L(Nf), quanto para validar o modelo de previsão de vida em fadiga, foram levantadas curvas S-N do fio contendo descontinuidades geométricas artificiais do tipo furo e entalhe, além de um curva S-N do fio plano. Quando utilizado a relação L(Nf) referente à primeira calibração, as previsões de vida foram consideradas não satisfatórias. Entretanto, quando utilizada à relação L(Nf) referente à segunda calibração, as previsões, quando comparadas aos resultados experimentais, ficaram inseridas quase que na totalidade entre bandas de fator 3 representativas da maior dispersão encontrada nas curvas S-N utilizadas para calibrar a relação. L(Nf) Esses resultados foram considerados satisfatórios, visto que, de um ponto de vista estatístico, um método de previsão de vida não pode ser mais preciso que os dados utilizados para calibrá-lo. / The aim of this numerical and experimental work is to predict fatigue life of aluminum alloy wires 6201-T81 containing geometric discontinuities. These wires were taken from CAL 900 cables used in overhead power transmission lines. The stress distribution around the geometric discontinuities was determined by FEM simulations. Then, to perform the fatigue life analysis, the Theory of Critical Distance (TDC) and the Smith-Watson-Topper (SWT) criterion were used. The SWT parameter was evaluated by means of the Point Method (PM), the Line Method (LM) and the Volume Method (VM). The relation between the critical distance (L) and the number of cycles to failure (Nf) was calibrated using two distinct methodologies: the first one uses two S-N curves obtained under uniaxial load tests with stress ratio R = −1, one curve of a plain wire and the other of a notched wire; the second methodology also uses two S-N curves obtained under uniaxial load tests with stress ratio R= −1, however, both curves refer to wires containing different geometric discontinuities. Therefore, S-N curves of wires containing artificial geometric discontinuities like holes and notches were produced, both to calibrate the L(Nf) relation and to validate the life predictions. When the relation L(Nf) obtained with the first calibration was used, the life predictions were considered not satisfactory. Nonetheless, when the relation L(Nf) obtained with the second calibration was used, the predictions were inserted almost entirely among factor 3 bands, when compared with the experimental results. This factor 3 represents the biggest scatter in the S-N curves used to calibrate the L(Nf) relation. The results were considered satisfactory, since of a statistic point of view, a life prediction method cannot be more accurate than the data used to calibrate it.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade UnB Gama, Programa de Pós-Graduação em Integridade de Materiais da Engenharia, 2018. / Este trabalho avaliou as condições de propagação de trincas que emanam de entalhes. Nesse sentido, foram considerados para análise os formatos de entalhe em V, entalhe em U e uma placa com furo central, com raios de concordância variando entre 0,12 a 4 mm. Uma rotina de simulação numérica de elementos finitos capaz de calcular o fator de intensidade de tensão foi desenvolvida. Para análise da propagação ou parada do crescimento da trinca, as condições para cálculo de foram extraídas de importantes artigos utilizados como referências: Du Quesnay (1986), Susmel e Taylor (2007) e Tanaka (1983). Para determinar o tamanho característico da trinca, foi utilizado o método da teoria da distância crítica (especificamente, o método do ponto). Após obter numericamente o valor de , comparou-se com o limiar de propagação do material ℎ, e se observou a propagação da trinca em 33% dos entalhes com raios maiores, dos quais 17% ficaram na iminência de propagação. No entanto, para os raios menores, as trincas não se propagaram. O método do ponto mostrou-se conservador e as condições impostas para cálculo de foram 60% menores em comparação ao valor de ℎ. / This work evaluated the propagation conditions of a crack emanating from notches. In this perspective, were considered for analysis the V and U notch formats and a central hole plate with concordance radius from 0.12 to 4 mm. A numerical simulation routine of finite elements capable to calculate the stress intensity factor KI was developed. The circumstances of propagation or stop of the crack growth were analyzed and the conditions for calculating KI were extracted from important references articles: Du Quesnay (1986), Susmel and Taylor (2007) and Tanaka (1983). The theory of critical distances (specifically the point method) was used in order to determine the characteristic size of the crack. After the numerically obtaining of the KI value we compared the material propagation threshold Kth, the crack propagation was observed in 33% of the larger radius notches, of which 17% will be in the imminence of propagation. Conversely, for the smaller radius, the cracks did not spread. The point method was shown to be conservative and the conditions imposed for KI calculation were 60% lower compared to the value of Kth.