O efeito causado por reparos rebitados na integridade estrutural ée um aspecto que precisa ser avaliado para assegurar a aeronavegabilidade e operação segura da aeronave. A mensuração da degradação da vida em fadiga da aeronave provocada por reparos estruturais rebitados pode ser uma tarefa bastante árdua. As metodologias de análise que retratam com fidelidade o comportamento de reparo estrutural sob tolerância ao dano geralmente despendem um tempo considerável, tornando-se muitas vezes inviável sua utilização na indústria aeronáutica. Neste trabalho, um reparo retangular típico de fuselagem ée analisado estaticamente e sob tolerância ao dano utilizando-se como ferramentas de análise o software RAPID (Repair Assessment and Integrated Design), desenvolvido pelo FAA, modelos em elementos finitos e uma metodologia utilizada atualmente na indústria aeronáutica. O trabalho tem como finalidade avaliar a aplicabilidade do software RAPID como uma ferramenta alternativa de análise de reparos estruturais, além de estabelecer um novo procedimento de análise de reparos.

Reparos rebitados servem para restabelecer a integridade estrutural quanto à resistência mecânica de um componente estrutural danificado. A literatura nos mostra, porém, que estes reparos geram concentrações de tensões significativas que degradam a vida em fadiga do componente reparado. Neste contexto, alguns autores analisam a degradação da vida em fadiga sob o enfoque determinístico. Este trabalho pretende, por meio de ensaios de fadiga, e da simulação de Monte Carlo, elaborar estudos paramétricos de iniciação probabilística de trincas por fadiga em reparos rebitados de fuselagem, identificando a influência do número de furos, da vida média e do desvio-padrão dos respectivos reparos, na determinação da vida em fadiga. Para tanto, foram ensaiados 3 (três) configurações de reparos estruturais a fim de se obter valores de vida média e, respectivos, desvios-padrão. Com base nestas informações experimentais, foram efetuadas análises de iniciação probabilísticas de trincas com o propósito de se determinar uma distribuição para a iniciação de trincas ao longo do tempo.

A principal causa das falhas mecânicas está relacionada à fadiga. Chapas de aço de alta resistência e baixa liga bifásicos (ARBL) são de grande interesse para a indústria dos transportes por causa de suas propriedades únicas, as quais permitem produtividade e redução de peso. Dados sobre o comportamento cíclico desses aços são escassos, no entanto estes dados são extremamente importantes para o projeto mecânico. O teste de fadiga por controle de deformação em corpos-de-prova submetidos a forças uniaxiais é um método poderoso para determinação do comportamento cíclico e da vida em fadiga. O teste de fadiga por controle de deformação a temperatura ambiente de chapas de aço de alta resistência e baixa liga bifásicos (ARBL) foi estudado. O experimento foi realizado com dois corpos-de-prova: um com seção retangular (CDPSR) e outro com seção circular lenticular (CDPSCL). O comportamento cíclico e a vida em fadiga de uma chapa de aço DP600 foram determinados em ciclos totalmente reversos (R = -1). Uma caracterização completa do material foi realizada por meio de análise química, metalografia óptica, ensaio de tração monotônico e teste de dureza. Os resultados de fadiga de baixo ciclo comprovam que os corpos-de-prova de seção retangular superestimam a vida em fadiga em baixo ciclo em relação aos corpos-de-prova de seção circular lenticular. Em fadiga de alto ciclo não há diferenças significativas para os resultados de ambos os corpos-de-prova.

Os materiais compósitos têm sido cada vez mais utilizados principalmente na indústria aeroespacial devido à sua característica de baixa massa específica aliada à alta resistência mecânica, tanto estática quanto em fadiga. Estruturas aeronáuticas e aeroespaciais sofrem, durante operação em serviço, esforços mecânicos de tração, compressão, flexão e cisalhamento. Muitas vezes esses esforços ocorrem de maneira combinada. Dentre esses esforços, o de cisalhamento é, sem dúvida, o mais complexo de avaliação devido à heterogeneidade, anisotropia e baixa resistência, que pode causar a falha prematura da estrutura. Dentre os métodos de ensaio para avaliação de propriedades em cisalhamento, o método Iosipescu, pelo fato de ser simples e eficaz para a obtenção da resistência (?) e do módulo em cisalhamento interlaminar ou no plano, tem recebido aceitação pela comunidade científica. O presente trabalho propõe-se a caracterizar as propriedades estáticas, resistência e módulo em cisalhamento, e avaliar a vida em fadiga, por meio do método Iosipescu, para uma resina epóxi e para compósitos com matriz em resina epóxi reforçados com tecido de fibras de vidro e tecido de fibras de carbono. A partir de resultados estáticos de cisalhamento no plano foram realizados ensaios de fadiga e obtidas curvas S-N com duas razões de tensão diferentes, R=0,1 e 0,5, frequência de 12 Hz, carregamento cíclico constante na forma senoidal e limite máximo de 120 000 ciclos. Os valores de ?12 e G12 obtidos estaticamente e em fadiga são comparados entre os materiais ensaiados. A resina epóxi sem reforço apresenta o menor módulo e limite de fadiga, seguida pelos compósitos orientados a 0/90 e, finalmente, pelos compósitos orientados a 45. Observa-se também que, em todos os materiais, a vida em fadiga é maior para R=0,5, devido principalmente ao comportamento viscoelástico da resina epóxi.

Um reparo estrutural, feito de uma chapa de reforço unida mecanicamente a um revestimento, pode degradar a vida em fadiga e o comportamento da tolerância a dano de um elemento estrutural típico de uma aeronave. Essa degradação está diretamente relacionada às concentações de tensões introduzidas pelas cargas dos rebites. Uma série de configurações de reparos rebitados típicos são apresentadas, analisadas e comparadas a respeito a sua fadiga e a características de tolerância a dano. As cargas nos rebites são determinadas numericamente utilizando-se um programa de computador baseado no Método dos Elementos de Contorno Dual. Curvas S-N com qualidade de furo aberto são utilizadas para estimar as vidas em fadiga. Cálculos de resistência residual são realizados para a situação de dano múltiplo oriundos da fileira crítica de furos. Resultados são comparados de maneira que a melhor configuração possa ser selecionada.

A disputa por espaço no mercado automotivo tem sido intensificada a cada ano. A cobrança por componentes mais leves e de menor custo aliados à preocupação ambiental têm exigido a busca de novas alternativas de materiais e/ou processos produtivos mais eficientes. Uma das respostas a estas tendências é o aumento significativo no uso de aços de alta resistência baixa liga e dual phase nos últimos anos a fim de reduzir peso dos componentes. Entretanto, o custo destes aços no Brasil está entre 20 a 40% maior que os aços baixo carbono. Desta forma, para alguns segmentos está descartada esta hipótese, pois o mercado brasileiro exige redução de peso aliada à redução de custo. Sendo assim, a melhoria do processo produtivo ganha força nesta disputa. O processo de repuxamento (spinning) tem sido utilizado há anos para produção do componente disco de rodas para veículos comerciais e é um processo de trabalho à frio severo, o que pode resultar em aumento das propriedades mecânicas do material e redução do uso de matéria-prima em função da porcentagem da redução de espessura proposta. Sendo assim, neste trabalho foram analisadas 3 condições de repuxamento de disco, 41% de redução de espessura, 52% de redução de espessura e 64% de redução de espessura a fim de se obter o limite de redução de espessura do material S355JR por meio do processo de repuxamento do disco sem que haja perda das propriedades mecânicas do mesmo e, assim, gerar aumento da vida em fadiga do componente roda e redução de peso. Para isso, foram realizados os seguinte ensaios: análise de composição química, análise de microdureza, análise metalográfica, ensaios de tração e obtenção das curvas tensão x deformação, ensaios de fadiga por flexão alternada (R=-1,0) e obtenção das curvas S-N. A análise da composição química do aço S355JR verificou que o mesmo atende o especificado em norma DIN EN-10025-2. Por meio da análise metalográfica foi verificado que as fases presentes nos materiais analisados eram ferrita e perlita dispersa na matriz e nos contornos de grão. Através dos ensaios realizados foi observado que houve aumento das propriedades mecânicas do material para as amostras repuxadas e também aumento na vida em fadiga dos mesmos. Além disso, foi observado aumento das propriedades mecânicas e da vida em fadiga para a amostra com maior porcentagem de redução de espessura. / The battle for space in the automotive market is becoming fiercer. Calls for lighter and cheaper components, and also environmental concerns, have led to the search for alternative materials and more effective processes. One of the answers is the recent significant increase in sales of dual phase and high strength low alloy steel, which has reduced the weight of the products. However, in Brazil, the price of these steels is 20% to 40% higher than low carbon steel price and thus it is necessary to look for other options. On this way, for some segments this hypothesis is ruled out because the Brazilian market requires weight reduction combined to cost reduction. Thus, the improvement of the manufacturing process gains strength in this battle. The spinning process has long been used to make the disc of commercial vehicle wheels. It is a hard cold working process which could achieve an improvement of the material mechanical properties and a raw material reduction based on the thickness reduction during the process. Thus, three spun disc conditions were analyzed, corresponding to 41, 52% and 64% of thickness reduction, in order to find out a reasonable limit of thickness reduction with no loss of the material mechanical properties, purposing to increase the fatigue life of the wheel and reducing the wheel weight. The following tests were carried out: chemical composition analysis, metallographic analysis, tensile tests to obtain the stress v strain curves, and fatigue tests by alternated bending (R=-1.0) to obtain the S-N curves. The chemical composition analysis of the S355JR steel proved that it met the DIN EN10025-2 standard. Through metallographic analysis, it was confirmed that, for S355JR steels, whose microstructure is ferrite and perlite, the perlite was near the grain boundaries. Throughout the realized tests, it was observed that there was an increasing of the mechanical properties and the fatigue life of the spun samples. In addition, the mechanical properties and fatigue life of the sample with 64% of thickness reduction had increased more than the others spun samples had.

[pt] Esse trabalho teve como objetivo principal avaliar a resistência à falha da infraestrutura de uma prótese parcial fixa em zircônia de três elementos e aparafusada sobre implantes, através de análise de tensões por elementos finitos e determinação da resistência à fadiga da estrutura. Como objetivo secundário, foram avaliadas as distribuições das tensões nos demais componentes da prótese. Na análise de tensões, dois modelos distintos foram gerados, sendo o primeiro com prótese, implantes e parafusos similares àqueles adotados na clínica odontológica. Um segundo modelo, usado como controle, adotou uma geometria simplificada. As cargas mastigatórias foram aquelas usuais da literatura especializada e a análise por elementos finitos foi realizada através do programa Ansys Workbench 14.5. Os resultados das distribuições de tensões mostraram semelhanças entre os dois modelos, com pequenas variações relacionadas às geometrias empregadas. As tensões calculadas ficaram abaixo dos limites de resistência mecânica da zircônia e das ligas de titânio. No cálculo da vida em fadiga da prótese de zircônia um modelo analítico foi adotado prevendo uma vida infinita para o componente. / [en] The main goal of this work was to evaluate the failure resistance of a zirconia fixed partial denture of three elements screwed on implants by means of a finite element stress analysis and the determination of the fatigue strength of the structure. As a secondary objective, the stress distributions in the other components of the prosthesis were evaluated. In order to promote the stress analysis, two different models were generated, the first making use of prosthesis, implants and screws similar to those adopted in the dental clinic. A second model, used as control, adopted a simplified geometry. The masticatory loads were those presented usually in the literature and finite element analysis was performed making use of Ansys Workbench 14.5 program. The stress distribution results showed similarity in both models, with small variations related to the adopted geometries. The calculated stresses were smaller than the ultimate strength of the zirconia and titanium alloys. Concerning the fatigue life of the zirconia prosthesis an analytical model was adopted and estimated an infinite life for the component.

O aumento da vida em fadiga em peças submetidas a esforços cíclicos devido à aplicação de processos de tratamento mecânico superficial já é bastante conhecido, tanto no meio industrial quanto no meio acadêmico. Para molas, o processo de shot-peening se torna etapa essencial no processo de fabricação, porém um estudo sistemático do efeito do shot-peening na vida em fadiga se faz necessário. O objetivo deste trabalho é aprofundar o conhecimento nos processos de jateamento superficial do tipo shot-peening para molas em lâminas de veículos, através da análise de tensões residuais por difração de raios-x e ensaios de fadiga em uma série de amostras que sofreram dez diferentes receitas de processos de jateamento. Dos dez diferentes processos, o de jateamento com granalha esférica fundida de aço com 1,0mm de diâmetro seguido de um segundo jateamento com granalha esférica fundida de aço de 0,3mm de diâmetro levou a uma maior vida em fadiga das amostras. A análise por difração de raios-x comprovou que a importância das tensões residuais de compressão se dá até a uma profundidade de 0,05mm, influenciando diretamente no modo de nucleação de trincas de fadiga. Acima desta profundidade, as tensões residuais induzidas por shot-peening não têm influência no modo de propagação destas trincas, e por consequência na vida em fadiga das peças. Correlações entre os resultados e a alta dureza e diminuída ductilidade do material utilizado são discutidas. / The improvement of fatigue life in parts subjected to cyclic stresses by application of mechanical surface treatment processes is already well known, both in the industry and in the academy. Dealing with automotive springs, the shot peening process becomes an essential step in manufacturing these parts. In the case of leaf springs, however, a systematic investigation of the effect of shot peening on fatigue life is still required. The aim of this work is to improve the knowledge of shot peening on leaf springs for vehicles, through the analysis of residual stresses by x-ray diffraction and fatigue tests on a series of samples that were subjected to ten different peening schedules. Among the investigated processes, the usage of 1.0 mm diameter cast steel shot followed by a second peening with 0.3 mm diameter cast steel shot leads to better performance, regarding fatigue life. X-ray diffraction analysis shows that this improved performance may be attributed to residual compressive stress maintained until a depth of 0.05 mm below the surface, which directly influences the fatigue crack nucleation. Residual stresses induced by shot-peening in larger depths, have no influence on sample fatigue life, showing that crack propagation is not affected by the induced residual stresses. Consequently, the durability of parts is improved by shot-peening exclusively due to this influence on crack nucleation at samples surface. Correlations with the increased hardness and decreased ductility of the employed material are discussed.

Este trabalho consiste na pré-análise da vida em fadiga na junção asa fuselagem de uma aeronave agrícola. A necessidade desta avaliação surgiu a partir de um estudo do mercado agrícola que constatou que a configuração atual do Ipanema não mais satisfaz as necessidades dos operadores. Para voltar a ter competitividade, a Indústria Aeronáutica Neiva decidiu por realizar alterações estruturais que considerou necessária para elevar a produtividade de seu produto. Devido à essas alterações, foi necessário definir o perfil de missão agrícola para, em seguida, determinar o espectro de carregamento dinâmico dessa aeronave. As rajadas verticais são as principais responsáveis pelas cargas dinâmicas nesse contexto apesar de ser consideradas as rajadas laterais e as cargas de manobra. A partir da distribuição de sustentação para fator de carga unitário e dos alívios inerentes às forças de inércias, traçou-se o perfil de carga cortante e momento fletor ao longo da envergadura. Combinando os fatores de carga obtidos da análise dinâmica com esses esforços, traçou-se o diagrama de excedências para essa nova configuração. Também foi necessária a modelagem em elementos finitos da região de interesse para a utilização da metodologia S-N de estimativa de vida em fadiga. Algumas simplificações foram adotadas devido às poucas informações de detalhes do projeto, mas mesmo assim obteve-se um comportamento muito semelhante ao observado nos ensaios de certificação. Por esse critério, ambos os objetos de análise (longarina dianteira e ferragens de ligação) foram aprovados. Entretanto, cabe a ressalve que esse estudo foi localizado, não prevendo o surgimento de novas trincas fora da região de estudo.

Durante sua vida em serviço, uma aeronave está sujeita a inúmeros fatores que podem levar a danos estruturais. Quando isso acontece, uma solução possível é a instalação de reparos estruturais rebitados. A instalação de tais reparos com objetivo de restaurar a resistência estática da estrutura cria um novo problema de fadiga na estrutura, ao introduzir concentradores de tensão (furos rebitados), que anteriormente não existia. Tradicionalmente, para se levar em conta o espalhamento estatístico inerente ao comportamento da iniciação de trincas por fadiga em estruturas metálicas, faz-se uso de coeficientes de segurança conhecidos como scatter factors (em inglês, fatores de dispersão estatística), com valor variando entre três e quatro, para dividir a vida obtida através de uma curva S-N e estabelecer a vida em fadiga do reparo. Este trabalho pretende, utilizando a simulação de Monte Carlo, mostrar que probabilidades inaceitáveis de iniciação de trincas por fadiga podem ser obtidas quando são utilizados fatores de segurança pré-estabelecidos para determinar a vida de um reparo. Um estudo de caso é apresentado para demonstrar este fato. Além disso, são realizados estudos paramétricos, utilizando a simulação de Monte Carlo, para investigar a influência dos parâmetros de entrada na simulação - quantidade de furos na fileira mais externa do reparo, variação da vida média (obtida através de curva S-N) e variação dos desvios padrões - nas vidas em fadiga obtidas através do modelo de iniciação probabilística de trincas. Os resultados obtidos através destes estudos indicam que a variação da vida média apenas desloca o resultado no eixo x de uma distribuição normal, enquanto o aumento do número de furos na fileira mais externa e o aumento dos desvios padrões aumentam as probabilidades de iniciação de trincas por fadiga de forma prematura. Em outro estudo paramétrico, alterou-se a seqüência de números randômicos e pode-se mostrar que a distribuição de probabilidades de iniciação da primeira trinca sofre modificações que são tão maiores quanto menores se tornam as probabilidades de iniciação. Recomendou-se, portanto, o uso da distribuição mais conservativa. São apresentados, também, dois gráficos das probabilidades de iniciação de trincas por fadiga em reparos rebitados, com vidas calculadas utilizando-se fatores de segurança com valores três e quatro, respectivamente, variando o número de furos na fileira crítica e os desvios padrões. Estes gráficos apresentam probabilidades inaceitáveis de iniciação de trincas para um conjunto específico de número de furos e desvios padrões para ambos os fatores de segurança. Os resultados deste trabalho indicam que a vida em fadiga de um reparo estrutural não deve ser estabelecida da maneira tradicional, fazendo-se uso dos fatores de dispersão estatística pré-estabelecidos, mas sim através de estudo probabilístico, utilizando-se curvas de probabilidade acumulada de iniciação da primeira trinca de fadiga, de modo a garantir a segurança e a confiabilidade da estrutura.