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.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Elementos pre-textuais.pdf: 356258 bytes, checksum: 9fa8daf60f02856f1b21e1882468c798 (MD5) Previous issue date: 2006-12-13 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The weld line is a common phenomenon in molded plastic articles and its consequences can be evaluated by several manners. This study treat weld line as a sharp crack, which length can be estimated based on the self-diffusion of molecular chains across the polymer-polymer interface. The temperature gradient from the contact surface mold/polymer up to the centre of the thickness was determined by simple heat transfer analyses equations. By combining the temperature gradient behavior through the part thickness with the polymer properties it is possible to determine the diffusion value across the interface and the interpenetration as a result of that. Above a critical interpenetration value, the weld line crack length will fall below a critical crack length, whereby the weld line will no longer initiate brittle fracture. The critical interpenetration is a function of the melt temperature and it is determined by strength tests for samples molded in several temperatures in the polymer manufacture recommended range. The results from strength tests, by which were possible analyze the weak area generated by weld line, were compared with theoretical results. It was evident, by comparing experimental and theoretical results, that weld lines are determined to be near-surface flaws, which embrittle notch sensitive materials such as most amorphous polymers. A software was developed to become possible to determine very quickly the crack length calculations as a function of the melt temperature and other properties related to diffusion. The software can be used to the calculations of any amorphous polymer, process condition and part thickness, obviously by the use of proper adjust equations. / A linha de solda é um fenômeno muito comum em produtos plásticos injetados e as conseqüências da mesma podem ser analisadas de várias maneiras. Este trabalho considerou a linha de solda como sendo uma trinca, cujo comprimento foi estimado a partir da difusão molecular na interface entre as duas frentes convergentes de fluxo. Um gradiente de temperatura desde a superfície de contato molde/polímero até o centro da espessura da peça foi determinado com equações para análise de troca térmica. E o comportamento deste gradiente de temperatura ao longo da espessura do produto somado as propriedades do polímero determinaram valores para a difusão molecular na interface e a conseqüente interpenetração. Acima de um determinado valor crítico de interpenetração, o comprimento da trinca da linha de solda cai para valores abaixo de um determinado valor crítico, pelo qual a linha de solda não mais será responsável por uma fratura frágil. A interpenetração crítica é função da temperatura de injeção e foi determinada via ensaios de tração para amostras injetadas em várias temperaturas dentro da faixa recomendada pelo fabricante da matéria-prima. Os resultados dos ensaios de tração, que possibilitaram a análise da perda de resistência à tração devido à trinca gerada pela linha de solda, foram comparados com os resultados obtidos teoricamente. Ficou evidente, devido a convergência dos resultados teóricos e experimentais, que a linha de solda é um fenômeno que produz um defeito superficial que fragiliza de maneira mais acentuada os materiais poliméricos amorfos, devido a sensibilidade dos mesmos ao entalhe. Um aplicativo foi desenvolvido para proporcionar o cálculo do comprimento da trinca em função da temperatura de injeção e demais propriedades. O aplicativo pode ser utilizado para o cálculo de qualquer polímero de estrutura amorfa, em qualquer condição de processo e espessura, mediante a utilização das adequadas equações de ajuste.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CAPA - SUMARIO.pdf: 307847 bytes, checksum: 431911d5eb22b3080df0c9228cba482d (MD5) Previous issue date: 2011-07-19 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / With increasing competition and reliability in modern equipment, is of vital importance to studies on the structural fatigue life in the time domain and frequency domain, the advance speed and cost reduction in computing greatly simplifies the prediction fatigue life. But it is also necessary to know the modes of fatigue crack growth, and its mechanisms. After a review appropriate to implement a program to estimate the loss of torsional stiffness in a specimen with a crack in Mode II, was developed a device torsional fatigue tests in an attempt to identify the onset of macroscopic crack and study its growth. With learning the operation of the drive system, the system data acquisition device testing, and design and construction of an electronic circuit to shutdown device tests at the beginning of the crack in the specimen, an adequate control and calibration of these components was performed, generating confidence in that joint. This document is the experimentally determined curve of fatigue specimens of SAE 1020 Steel, Grey Cast Iron and Aluminum 6063. They also studied the failure modes of cracks from the beginning until the final rupture of the specimen to verify the failure modes, the crack initiation and propagation of macroscopic materials. It still made a numerical prediction by finite element method the size of the crack. / Com aumento da competitividade e da confiabilidade em equipamentos modernos, é de vital importância os estudos em relação à vida em fadiga estrutural no domínio do tempo e no domínio da freqüência, o avanço da velocidade e redução de custos na área computacional facilita bastante a previsão de vida em fadiga. Mas é necessário também conhecer os modos de crescimento de trinca por fadiga, e seus mecanismos. Após revisão bibliográfica adequada, com implementação de um programa para estimar a perda de rigidez torsional em um corpo de prova com trinca no Modo II, foi desenvolvido um dispositivo de testes de fadiga torsional na tentativa de identificar o início da trinca macroscópica e estudar o seu crescimento. Com o aprendizado do funcionamento do sistema de acionamento, do sistema de aquisição de dados do dispositivo de testes, e a elaboração e construção de um circuito eletrônico para desligamento do dispositivo de testes ao início da trinca no corpo de prova, um adequado controle e calibração destes componentes executou-se, gerando confiabilidade nestes conjuntos. Neste documento é determinada experimentalmente a curva de fadiga de corpos de prova de Aço SAE 1020, Ferro Fundido Cinzento e Alumínio 6063. Também são estudados os modos de falha desde o início da trinca até a ruptura final do corpo de prova para verificar os modos de falha, início e propagação da trinca macroscópica desses materiais. É feita ainda uma previsão numérica através do Método dos Elementos Finitos do tamanho da trinca.

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.

O objetivo deste trabalho foi realizar a caracterização microestrutural e das propriedades mecânicas de diferentes cerâmicas odontológicas para entender sua influência nos parâmetros de crescimento de trinca subcrítico (SCG), n (coeficiente de susceptibilidade ao SCG) e ?f0 (parâmetro escalar), determinados por diferentes métodos. Cinco cerâmicas foram avaliadas: porcelanas VM7 (Vita) e D (d.Sign, Ivoclar), vitrocerâmicas E1 (IPS Empress, Ivoclar) e E2 (IPS Empress 2, Ivoclar) e compósito IC (In-Ceram Alumina, Vita). Espécimes em forma de disco (12 mm x 1 mm) foram confeccionados segundo as recomendações dos fabricantes. A caracterização microestrutural dos materiais foi realizada. A tenacidade à fratura (KIc) foi determinada pelo método da fratura por indentação (IF) e indentation strength. Os parâmetros de SCG foram determinados por fadiga dinâmica (com diferentes taxas de tensão constante), fadiga estática (com diferentes níveis de tensão constante) e fadiga por IF. Os resultados mostraram que todas as cerâmicas constituíram-se de fase vítrea e cristalina, com exceção da VM7, composta somente por fase amorfa. D e E1 apresentaram partículas de leucita, em frações volumétricas iguais a 0,16 e 0,29, sendo que E1 apresentou distribuição homogênea destes cristais, enquanto que D apresentou distribuição heterogênea, formando aglomerados. E2 apresentou cristais alongados de dissilicato de lítio, em fração volumétrica de 0,58, que apresentaram tendência de alinhamento com seu maior eixo alinhado perpendicularmente à direção de compactação, que variou angularmente a partir do ponto de injeção. O compósito IC apresentou-se constituído de cristais de alumina parcialmente sinterizados (65% em volume), infiltrados por vidro de baixa fusão. Independentemente do método, IC apresentou maior tenacidade (2,81 MPa.m1/2), seguido por E2 (1,81 MPa.m1/2) e E1 (0,96 MPa.m1/2) e, por último pelas porcelanas D (0,84 MPa.m1/2) e VM7 (0,67 MPa.m1/2). A deflexão de trincas foi o principal mecanismo de tenacificação dos materiais com partículas cristalinas. Para o ensaio de fadiga dinâmica, o valor de n dependeu do material estudado, ficando entre 17,2 e 31,1. Com relação ao parâmetro ?f0, foram encontrados valores entre 48 e 384 MPa. Para materiais a base de silicato de alumínio e potássio (porcelanas VM7 e D e vitrocerâmica E1), a composição química das fases vítreas dos materiais estudados parece estar relacionada com as diferenças entre os valores de n. O parâmetro ?f0 apresentou correlação com KIc e com a microestrutura, tendendo a aumentar com o aumento da fração volumétrica de cristais. No ensaio de fadiga estática, realizado apenas com D, foram obtidos valores de n e ?f0 respectivamente iguais a 31,4 e 47 MPa, sendo considerados similares aos obtidos por fadiga dinâmica. Ao se compararem os valores de n determinados nos ensaios dinâmico e por IF, nota-se que os materiais com maior volume de fase vítrea (VM7, D e E1) apresentaram valores de n próximos para os dois métodos, ao passo que materiais com maior fração de cristais (E2 e IC), apresentaram maiores discrepâncias entre os valores de n. O ensaio de fadiga por IF também permitiu a determinação dos limites de fadiga (KI0), encontrando-se valores de entre 0,48 e 2,89 MPa.m1/2. / The objective of this study was to determine the mechanical properties and the microstructure of different dental ceramics in order to understand their influence on the slow crack growth (SCG) parameters, n (crack growth exponent) and ?f0, (scaling parameter), determined by different methods. The five ceramics tested were: porcelains VM7 (Vita) and D (d.Sign, Ivoclar), glass-ceramics E1 (IPS Empress, Ivoclar) e E2 (IPS Empress 2, Ivoclar) and composite IC (In-Ceram Alumina, Vita). Disc specimens (12 mm x 1 mm) were prepared according to manufacturers\' instructions. The microstructure of the materials was carried out. The fracture toughness (KIc) was determined by means of the indentation fracture technique (IF) and indentation strength. The slow crack growth parameters were determined by dynamic fatigue test (constant stress rate), static fatigue test (constant stress) and the indentation fracture method. The results showed that all ceramic materials were composed by glassy matrix and crystalline phases, except for VM7 (vitreous porcelain). D and E1 presented leucite particles, in volume fractions of 0.16 and 0.29. For E1, the leucite crystals were homogeneously distributed in the glassy matrix, while in D, leucite formed agglomerates. E2 presented lithium dissilicate crystals (58% in volume) that presented an alignment tendency, with their major axis oriented perpendicularly to the pressing direction, which varied angularly from the injection point. IC presented alumina crystals (65% in volume) partially sintered, infiltrated by a lanthanum glass. Regardless of the method, the fracture toughness values were higher for IC (2.81 MPa.m1/2), followed by E2 (1.81 MPa.m1/2) and E1 (0.96 MPa.m1/2), and were lower for the porcelains D (0.84 MPa.m1/2) and VM7 (0.67 MPa.m1/2). Crack deflection was the main toughening mechanism observed for the ceramics containing crystalline phases. Regarding the dynamic fatigue test, the n values depended on the material, ranging from 17,2 to 31,1. With respect to ?f0, the values obtained for this parameter ranged from 48 e 384 MPa. For the ceramics based on potassium and aluminum silicate (porcelains VM7 and D and glass-ceramic E1), the chemical composition of the glass matrix seems to be related to the differences observed in the n values. The ?f0 parameter presented a positive correlation with KIc and volume fraction of crystalline particles. For the static fatigue test, used only for porcelain D, the n and ?f0 values were, respectively, 31,4 e 47 MPa, considered similar to the ones obtained by the dynamic method. When comparing the crack growth exponents determined by the dynamic and indentation fracture tests, it can be noted that n values for the ceramics with high volume fraction of glassy phase (VM7, D and E1) were similar for both methods, but for ceramics with higher crystalline content (E2 and IC), large discrepancies were observed. The static fatigue limit (KI0) was also determined for the five materials, ranging from 0.48 e 2.89 MPa.m1/2.

O objetivo desta pesquisa foi verificar a influência de diferentes tamanhos de partículas de carga na tenacidade à fratura (KIc), nos parâmetros do crescimento subcrítico de trinca (n e f0) e de Weibull (m e 0), na longevidade estimada pelo diagrama tensão-probabilidade-tempo (SPT) e no limite de fadiga cíclica (LFC) de compósitos resinosos experimentais. Quatro compósitos foram preparados contendo 78% em massa (59% em volume) de conteúdo inorgânico, constituído por 67% de pó de vidro com diferentes tamanhos de partículas (d50 = 0,5; 0,9; 1,2 e 1,9 µm) e 11% de sílica pirogênica. Dados de KIc obtidos pelo método single-edge notched beam (25x5x2,8 mm; n=15) foram submetidos a ANOVA/teste de Tukey (p < 0,05). n e f0 foram determinados através do ensaio de fadiga dinâmica (10-2 a 102 MPa/s) utilizando um dispositivo de flexão biaxial (12x1,2 mm; n=10). Para determinar m e 0, mais 20 espécimes de cada compósito foram testados na taxa de 100 MPa/s. Os diagramas SPT foram obtidos a partir dos dados da fadiga dinâmica e análise de Weibull. No ensaio de fadiga cíclica, um dispositivo de flexão biaxial (12x1,2 mm) foi utilizado para se obter a resistência à flexão inicial (RFI; n=14) e o LFC (n=20). LFC foi obtido pelo método escada após 105 ciclos. Para todos os testes, os espécimes foram armazenados em água destilada a 37oC por 24h. Foi realizada a fractografia dos espécimes fraturados nas taxas 10-2 e 10-1 MPa/s da fadiga dinâmica e nos ensaios para determinação da RFI e LFC. Houve relação direta entre d50 e KIc (C0,5: 1,2±0,1b; C0,9: 1,3±0,1ab; C1,2: 1,3±0,1ab; C1,9: 1,4±0,2a, em MPa.m0,5). C0,5 (31,2±6,2a) e C1,9 (34,7±7,4a) apresentaram valores de n superiores a C0,9 (20,3±3,0b) e C1,2 (17,3±1,8b). C1,2 (166,42±0,01a) apresentou o maior valor de f0 (em MPa), seguido pelo C1,9 (159,82±0,02b), C0,9 (159,59±0,02c) e C0,5 (158,40±0,02d). Não houve diferença estatística entre os valores de m (6,6 a 10,6) e 0 (170,6 a 176,4 MPa) dos compósitos. As reduções na tensão de fratura para uma probabilidade de falha de 5% após 10 anos estimadas pelo diagramas SPT foram de aproximadamente 22% para C0,5 e C1,9 e 36% para C0,9 e C1,2. Não houve diferença estatística entre as médias de RFI (155,4 a 170,7 MPa). C0,5 (93,0±18,6a) apresentou o maior LFC (em MPa), seguido pelo C1,2 (91,8±11,1ab), C1,9 (87,2±3,0b) e C0,9 (82,5±8,0c). Defeitos sub-superficiais e superficiais foram as principais origens de fratura. A trinca se propagou pela matriz polimérica ao redor das partículas (deflexão de trinca) e todas as superfícies apresentaram características de fratura frágil. Como conclusão, compósitos com partículas maiores apresentaram maior KIC, enquanto que partículas menores contribuíram para um maior LFC. Compósitos com distribuição granulométrica mais ampla, independentemente do d50, apresentaram maior resistência ao SCG. Nos demais parâmetros e propriedades avaliados (m, 0 e RFI) não houve influência do tamanho das partículas. / The aim of this study was to verify the influence of different filler sizes in the fracture toughness (KIc), subcritical crack growth (n e f0) and Weibull (m e 0) parameters, longevity estimated by the strength-probability-time (SPT) diagram and cyclic fatigue limit (CFL) of experimental resin composites. Four composites were prepared, each one containing 78 w% (59 vol%) of inorganic content, in which 67 w% were glass powder with different filler sizes (d50 = 0.5; 0.9; 1.2 e 1.9 µm) and 11 w% were pyrogenic silica. KIc data was obtained by the single-edge notched beam test and submitted to ANOVA/Tukey tests (p < 0.05). n and f0 were determined by the dynamic fatigue test (10-2 a 102 MPa/s) using a biaxial flexural device (12x1.2 mm; n=10). 20 specimens of each composite were tested at 100 MPa/s to determine Weibull parameters. SPT diagrams were constructed using the dynamic fatigue and Weibull data. For the cyclic fatigue test, a biaxial flexural device (12x1.2 mm) was used to obtain the initial flexural strength (IFS; n=14) and CFL (n=20). CFL was determined by staircase method after 105 cycles. For all tests, the specimens were stored in distilled water at 37oC for 24h. It was done the fractography of the fractured specimens that was subjected to the 10-2 e 10-1 MPa/s rates of the dynamic fatigue and to the IFS and CFL tests. There was a direct relation between d50 e KIc (C0.5: 1.2±0.1b; C0.9: 1.3±0.1ab; C1.2: 1.3±0.1ab; C1.9: 1.4±0,2a, in MPa.m0,5). C0.5 (31.2±6.2a) and C1.9 (34.7±7.4a) presented higher n values than C0.9 (20.3±3.0b) and C1.2 (17.3±1.8b). C1.2 (166.42±0.01a) showed the highest f0 value (in MPa), followed by C1.9 (159.82±0.02b), C0.9 (159.59±0.02c) and C0.5 (158.40±0.02d). There were no statistical differences among the m (6.6 to 10.6) and 0 (170.6 to 176.4 MPa) values of the composites. The reductions in fracture stress at 5% failure probability for a lifetime of 10 years estimated by the SPT diagrams were approximately 22% for C0.5 and C1.9 and 36% for C0.9 and C1.2. There were no statistical differences among the IFS means (155.4 to 170.7 MPa). C0.5 (93.0±18.6a) showed the highest CFL (in MPa), followed by C1.2 (91.8±11.1ab), C1.9 (87.2±3.0b) and C0.9 (82.5±8.0c). Near-surface and surface flaws were the main fracture origins. The crack propagated by the polymeric matrix around the fillers (crack deflection) and all the fracture surfaces showed brittle fracture features. As conclusion, composites with large fillers presented the highest KIC, while the small fillers contributed to increase the CFL. Composites with broader granulometric size distribution, regardless of d50, showed higher resistance to SCG. There was no influence of the composites filler sizes in the others parameters and properties evaluated (m, 0 and IFS).

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.

[pt] Medindo a rigidez de corpos de prova em testes de propagação de trinca por fadiga, Elber identificou que a ponta da trinca só está totalmente aberta durante uma parte do ciclo de carregamento, e nomeou o carregamento onde a trinca abre totalmente de carga de abertura Pab. Baseado nisso, Elber assumiu que o dano à frente da trinca era induzido apenas pela fração do carregamento acima da Pab, propondo que a força motriz na propagação de trincas por fadiga é a gama do fator de intensidade de tensões efetivo (delta)Kef. Para verificar esta hipótese, neste trabalho foram examinados diferentes cenários em testes de propagação de trinca por fadiga. Primeiramente, em corpos DC(T) de aço AISI 1020 e em corpos DC(T) e C(T) de alumínio 6351-T6 foi propagada uma trinca com (delta)K e Kmax quase constantes, medindo Pab em campo próximo e em campo distante, com extensômetros e com um sistema 3D de correlação digital de imagens (DIC). Depois, usando novos corpos DC(T) de aço e de alumínio, foi propagada uma trinca com (delta)K e Kmax quase constantes, antes e depois de um evento de sobrecarga, medindo a Pab ao longo do teste, em campo próximo e campo distante. Cabe salientar que nesses testes as espessuras dos corpos de prova foram projetadas para que a trinca propagasse em tensão plana e em deformação plana. Finalmente, em testes de propagação de trinca com (delta)K e Kmax quase constantes, em corpos DC(T) de aço e de alumínio foi medido o campo de deformação à frente da ponta da trinca com um sistema de microscópio estéreo DIC, para analisar o comportamento dentro da zona plástica, medindo também a Pab com os métodos mencionados anteriormente. Dos resultados dos testes três comportamentos foram particularmente relevantes. Nos primeiros testes de propagação com deltaK e Kmax quase constantes, a razão Kab/Kmax diminuía enquanto a trinca propagava com uma taxa constante. Nos testes de sobrecarga o valor mínimo de (delta)Kef estava defasado em relação ao valor mínimo de taxa de propagação (da/dN). Já nos testes onde foi medido o campo deformação com o sistema de microscópio estéreo DIC, a deformação 0.1mm à frente da ponta da trinca mostrou que existia dano para cargas abaixo da Pab. Portanto, estes resultados não podem ser explicados pela hipótese de Elber, e contestam o (delta)Kef como a força motriz na propagação de trincas por fadiga. / [en] Measuring the stiffness of a fatigue-cracked plate during its loading cycle, Elber discovered that this crack only completely opened after reaching the crack opening load Pop. Based on this, Elber assumed that the damage ahead of the crack is induced by the loading part above the Pop. In this way, he proposed that the range of the effective stress intensity factor (delta)Keff is the driving force in fatigue crack growth. In order to verify this hypothesis, this study investigated different scenarios in fatigue crack growth tests. For this, DC(T) specimens of AISI 1020 steel, and DC(T) and C(T) specimens of 6351-T6 aluminum were tested. The fatigue crack growth tests were performed under quasi-constant K and Kmax conditions. The Pop measurements in the near and far field were obtained from strain gage readings and 3D Digital Image Correlation (DIC) analysis. In addition, simple variable amplitude tests were performed in steel and aluminum DC(T) specimens. A single tensile overload was introduced in the fatigue crack growth experiments under quasi-constant (delta)K and Kmax conditions, also measuring the Pop throughout the test in the near and the far field. It is important to note that the thickness of the specimens was designed to perform a crack propagation in plane stress and plane strain conditions. Moreover, near tip strain measurements in steel and aluminum DC(T) specimens were obtained with a stereo microscope DIC system, to analyze the behavior within the plastic zone, also measuring the Pop with the methods previously mentioned. From the experimental results, three behaviors were particularly relevant. In the first fatigue crack growth tests with quasi-constant {(delta)K, Kmax} conditions, the ratio Kop/Kmax decreased as the crack propagates under a constant rate. In the fatigue crack growth tests with overload application, the minimum value of (delta)Keff was lagged in relation to the minimum value of the propagation rate (da/dN). Finally, in the strain measurements performed with the stereo microscope DIC system, the de-formation at 0.1mm ahead of the crack tip showed the existence of damage in load values below Pop. Therefore, these results cannot be explained by Elber s hypothesis, and question the (delta)Keff as the driving force in fatigue crack growth.