Os ensaios mecânicos são mundialmente empregados para caracterização e implementação de diversos materiais. Dentre a vasta gama de ensaios existentes, o ensaio de impacto convencional é consagrado no meio científico, industrial e na indústria do óleo e gás onde a sua função básica é determinar a energia total absorvida na fratura de um corpo-de-prova entalhado conforme as recomendações da norma ASTM E23. Entretanto, a energia global absorvida possui um valor de uso muito limitado e ela normalmente não é aceita como um indicador quantitativo da resistência à fratura do material. Assim, com a utilização de uma máquina de ensaios de impacto instrumentada, torna-se possível a aquisição de um maior número de informações obtidas através de um ensaio de impacto clássico, como por exemplo, o estudo detalhado da integridade estrutural de materiais utilizados na fabricação de dutos. Desta maneira, o presente trabalho tem como objetivo avaliar a tenacidade de um duto de aço API 5L X70 sem costura, com 11 polegadas de diâmetro externo e ½ polegada de parede, frente a uma falha dinâmica, através da tenacidade a fratura, comparando carregamento estático com dinâmico através dos resultados de J0,2 e Jm. Entretanto a tenacidade a fratura é consideravelmente afetada para altas taxas de deformação, com redução de aproximadamente 30% nas amostras com orientação de entalhe X-Y (defeito lateral passante) e de aproximadamente 40% nas amostras com orientação de entalhe X-Z (defeito superficial), demostrados através do JΔinit. / Mechanical testing are worldwide employed for materials characterization and implementation. Among the large group of the existing tests, the conventional impact test has been used for industry and academic fields, especially oil and gas engineering in order to evaluate the energy absorbed of a notched sample, according to the ASTM E23 standard. However, the energy absorbed has a limited use and is not usually accepted as a quantitative indicator of the fracture thougness. Thus, by using an instrumented impact test, there will be an increasing in the amount of information obtained than the traditional impact test and, thefore, a detailed study of the structural integrity of materials can be carried out for manufacturing of pipes. Hence, this study aims to characterize a pipe steel API 5L X70 seamless, with 11 inches outside diameter and ½ inche of wall, against dynamic failure through fracture toughness, comparing static loading with dynamic through the results of J0,2 and Jm. However, fracture toughness is considerably affected at high deformation rates, with a reduction of approximately 30% in X-Y notch (through thickness defect) and approximately 40% in X-Z notch (surface defect) samples, demonstrated for JΔinit.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carlos Opelt.pdf: 7615127 bytes, checksum: 5e43e822ab87a7a0d10b15340d565e38 (MD5) Previous issue date: 2013-07-05 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Suitable cure processes produces epoxy resins with a large quantity of crosslinks. In this way, it has a brittle behavior. One of the many ways to enhance the fracture toughness of epoxy resins, without prejudice the tension resistance, can be made by the addition of nanoparticles. However, there are still some contradictions in the factors of influence (particle size, dispersion state, adhesion, concentration and aspect ratio). This work attempted to evaluate the phenomena involved in the mode I crack propagation on epoxy matrix nanocomposites. For this, nanocomposites with different type of nanoparticle (γ-alumina, multiwalled carbon nanotubes, natural montmorillonite clay and organophilic montmorillonite clay), in three different volumetric concentrations (0.15%, 0.5%, 1.5%) were prepared using the same procedure. Mechanical (ultimate stress, elasticity modulus, ultimate strain and fracture toughness) and thermal properties (cure and glass transition temperature) were analyzed, moreover the mechanisms acting on the enhancement of the rigidity and fracture toughness. The formation of an interconnected network of nanoparticles/agglomerates was observed for the epoxy/alumina nanocomposites, providing enhancements in the elasticity modulus and in the glass transition. Further observations showed a fracture toughness 15% higher than the neat epoxy, where the main mechanism acting is the cavitation and shear yielding. The epoxy/organophilic clay showed no significant changes in the mobility of the polymer chains. This is reflected in the elasticity modulus and glass transition temperature, being the probable cause the existence of micrometric agglomerates observed by TEM. A transition in the acting crack propagation mechanism was observed with a rise in the nanoparticle concentration. While for the epoxy/natural clay, it was noted a enhancement of the elasticity modulus and the glass transition with a rise in the nanoparticles concentration. This behavior is due to a decrease in the mobility of the polymer chains. For the fracture toughness, values 20% higher were observed and the cause was the deflection of the crack propagation front. Finally, the additions of carbon nanotubes provided rises on the elasticity modulus, due to a homogeneous dispersion and an efficient stress transfer. A decrease in the glass transition temperature were also observed, this was attributed to the impediment of the crosslinks caused by the nanotubes. The fractures have demonstrated an interaction between the nanotubes and the matrix, even with the occurrence of pull-out of nanotubes in regions of higher nanotube concentration. / Processos de cura adequados proporcionam às resinas epóxi muitas ligações cruzadas. Desta forma, seu comportamento é frágil. Uma das muitas formas de aumentar a tenacidade à fratura das resinas epóxi, sem provocar diminuições na resistência à tração, pode-se dar pela adição de nanopartículas rígidas. Porém, ainda há contradições quanto aos fatores de influência (tamanho de partícula, estado de dispersão, adesão, concentração, razão de aspecto). Este trabalho buscou avaliar os fenômenos envolvidos na propagação de trincas (iniciadas em modo I) em nanocompósitos de matriz epóxi. Para isto, diferentes tipos de nanopartículas (γ-alumina, nanotubos de carbono de paredes múltiplas, argila montmorilonítica natural e argila montmorilonítica organofílica), em três diferentes concentrações (0,15%, 0,5% e 1,5% em volume) foram preparados usando a mesma rota. Foram analisados para os nanocompósitos em questão as propriedades mecânicas (tensão de ruptura, módulo de elasticidade, deformação na ruptura e tenacidade à fratura) e propriedades térmicas (cura, temperatura de transição vítrea), além do estado de dispersão e dos mecanismos atuantes no aumento da rigidez e da tenacidade à fratura. Para os nanocompósitos com nanopartículas de alumina, observou-se a formação de uma rede interligada de nanopartículas/aglomerados, o que proporcionou aumentos tanto no módulo de elasticidade quanto na transição vítrea. Foram ainda observados aumentos de 15% na tenacidade à fratura, onde o principal mecanismo atuante foi o de cavitação seguida de escoamento por cisalhamento. Os nanocompósitos epóxi/argila organofílica não apresentaram alterações significativas na mobilidade das cadeias poliméricas, se refletindo no módulo de elasticidade e na transição vítrea, sendo a provável causa os aglomerados micrométricos, observados por microscopia. Observou-se também uma transição entre os mecanismos atuantes na propagação da trinca (entre os mecanismos de deflexão e de imobilização de trinca), de acordo com o aumento da concentração de nanopartículas. Já para os nanocompósitos epóxi/argila natural, notou-se aumentos na transição vítrea e no módulo de elasticidade, com o aumento na concentração de nanopartículas. Este comportamento é atribuído às diminuições na mobilidade das cadeias poliméricas. Quanto à tenacidade, foram observados aumentos de até 20%, causado principalmente pela deflexão da frente de propagação da trinca. Em relação à adição de nanotubos de carbono em matriz epóxi, foram encontrados aumentos no módulo de elasticidade, devido a uma dispersão homogênea que proporcionou uma eficiente transferência de tensões. Foram observados também diminuições na transição vítrea, que foram atribuídos ao impedimento histérico dos nanotubos às ligações cruzadas da resina epóxi. As fraturas observadas demonstraram uma interação entre nanotubos e a matriz, inclusive com a ocorrência de pullout de nanotubos em regiões com uma maior concentração de nanotubos de carbono.

Os ensaios mecânicos são mundialmente empregados para caracterização e implementação de diversos materiais. Dentre a vasta gama de ensaios existentes, o ensaio de impacto convencional é consagrado no meio científico, industrial e na indústria do óleo e gás onde a sua função básica é determinar a energia total absorvida na fratura de um corpo-de-prova entalhado conforme as recomendações da norma ASTM E23. Entretanto, a energia global absorvida possui um valor de uso muito limitado e ela normalmente não é aceita como um indicador quantitativo da resistência à fratura do material. Assim, com a utilização de uma máquina de ensaios de impacto instrumentada, torna-se possível a aquisição de um maior número de informações obtidas através de um ensaio de impacto clássico, como por exemplo, o estudo detalhado da integridade estrutural de materiais utilizados na fabricação de dutos. Desta maneira, o presente trabalho tem como objetivo avaliar a tenacidade de um duto de aço API 5L X70 sem costura, com 11 polegadas de diâmetro externo e ½ polegada de parede, frente a uma falha dinâmica, através da tenacidade a fratura, comparando carregamento estático com dinâmico através dos resultados de J0,2 e Jm. Entretanto a tenacidade a fratura é consideravelmente afetada para altas taxas de deformação, com redução de aproximadamente 30% nas amostras com orientação de entalhe X-Y (defeito lateral passante) e de aproximadamente 40% nas amostras com orientação de entalhe X-Z (defeito superficial), demostrados através do JΔinit. / Mechanical testing are worldwide employed for materials characterization and implementation. Among the large group of the existing tests, the conventional impact test has been used for industry and academic fields, especially oil and gas engineering in order to evaluate the energy absorbed of a notched sample, according to the ASTM E23 standard. However, the energy absorbed has a limited use and is not usually accepted as a quantitative indicator of the fracture thougness. Thus, by using an instrumented impact test, there will be an increasing in the amount of information obtained than the traditional impact test and, thefore, a detailed study of the structural integrity of materials can be carried out for manufacturing of pipes. Hence, this study aims to characterize a pipe steel API 5L X70 seamless, with 11 inches outside diameter and ½ inche of wall, against dynamic failure through fracture toughness, comparing static loading with dynamic through the results of J0,2 and Jm. However, fracture toughness is considerably affected at high deformation rates, with a reduction of approximately 30% in X-Y notch (through thickness defect) and approximately 40% in X-Z notch (surface defect) samples, demonstrated for JΔinit.

Ensaios de mecânica da fratura utilizando corpos de prova padronizados apresentam alto nível de restrição à deformação plástica na ponta da trinca, devido a esforços de flexão e a trincas profundas. Em decorrência do emprego desses corpos de prova, há um alto conservadorismo nos resultados obtidos por esses ensaios, quando aplicados em materiais de boa tenacidade. Aplicações cujos defeitos estão submetidos a baixos níveis de constricção e a pequenas margens de segurança fazem com que sejam necessários corpos de prova mais próximos do estado de tensão submetido pela estrutura para realizar adequadamente a análise crítica de engenharia (Engineering Critical Analysis - ECA). Este trabalho visa analisar a influência da geometria de corpos de prova e do tamanho da trinca na tenacidade à fratura do aço API 5DP Tool Joint. Este estudo constitui-se da realização de ensaios de tenacidade à fratura com duas geometrias de corpos de prova (SE(B) e SE(T)) e quatro tamanhos de trinca normalizados (a0/W = 0,40; 0,50; 0,60; e 0,70) com a técnica da flexibilidade no descarregamento (unloading compliance). Foi utilizado o projeto de experimentos (DOE) para obter resultados referentes aos efeitos principais dos dois fatores e de suas interações. Foram calculadas, a partir de triplicatas para cada condição, curvas de resistência e valores únicos de tenacidade à fratura (Integral J e CTOD), sendo que o último foi utilizado para o cálculo da análise de variância (ANOVA). Com base nos resultados obtidos, conclui-se que a geometria de corpo de prova, tamanho da trinca e a interação entre os dois fatores possuem efeito significativo sobre as variáveis resposta (CTOD e Integral J) com nível de significância de 5%. Além disso, obtiveram-se os valores de JIC e δi através das curvas de resistência, mostrando que esses valores independem da geometria e do tamanho da trinca. / Fracture mechanics testing using standardized specimens have a high level of restriction to plastic deformation at the crack tip, due the bending stresses and deep crack lengths. Due to the use of these specimens geometry, there is a high conservatism on the obtained results of fracture toughness testing when applied on high toughness materials. The application of specimens closely modeling to the actual stress conditions in the component under consideration are necessary to evaluate structures containing defects with low levels of constraint and small safety margins to perform appropriately the engineering critical analysis (ECA). This work aims to analyze the influence of specimen geometry and crack length on the fracture toughness of API 5DP Tool Joint steel. This study consists in the execution of fracture toughness testing on two specimen geometries (SE(B) e SE(T)) and four normalized crack lengths (a0/W = 0,40; 0,50; 0,60; and 0,70) with the unloading compliance method. Design of experiments (DOE) was applied to obtain results regarding to the main factors effects and their interactions. From triplicates of each condition, resistance curves and unique values of fracture toughness (J integral and CTOD) were calculated, and the latter result was used to calculate the analysis of variance (ANOVA). The obtained outcomes show that the specimen geometry, crack length and the interaction between these factors have significant effect on the response variables (CTOD and J integral) on a significance level of 5%. In addition, there were obtained the values of JIC e δi through the resistance curves, showing that these values do not depend on the geometry and crack length.

Os conceitos de mecânica da fratura têm sido cada vez mais utilizados em projetos de engenharia, permitindo a determinação de tamanhos críticos de defeito ou limites de solicitação em função da presença de trincas. No entanto, para aplicar com sucesso esses conceitos em uma avaliação de integridade estrutural é de suma importância a determinação exata do comportamento a fratura do material. Materiais com comportamento elasto-plástico têm ocupado cada vez mais lugar de destaque em estruturas e componentes críticos de engenharia e a maneira mais utilizada para caracterização da tenacidade à fratura desse tipo de material é a curva J-R. Embora existam métodos normatizados para determinação dessas curvas, esses possuem muitas vezes inconvenientes e limitações que tem justificado o desenvolvimento de vários estudos com vista à determinação de métodos alternativos. Nesse trabalho foi investigada a hipótese de que, a partir do estudo do campo deformacional nas proximidades da ponta de uma trinca, é possível desenvolver uma metodologia para determinação da curva de resistência à fratura de um material com comportamento elasto-plástico. Para tanto, um sistema óptico de medição de deformação baseado na técnica de correlação de imagem digital foi empregado para monitorar a deformação na superfície de corpos de prova do tipo SE(B) durante o ensaio de tenacidade à fratura. O objeto de estudo foi uma junta do aço API X65 soldada por processo de soldagem a laser. Os resultados obtidos demonstram o sucesso da técnica utilizada para obtenção da evolução do campo deformacional durante o ensaio. Além disso, a metodologia empregada possibilitou a determinação de expressões matemáticas que permitem associar valores de deformação com valores de integral J e Δa. Essas expressões são válidas para qualquer uma das três distintas regiões da junta soldada e permitem determinar com sucesso a curva J-R a partir da evolução da deformação durante o ensaio de um único corpo de prova. / The use of fracture mechanics has become increasingly popular in damage tolerance analysis or during determination of load limits in engineering components and structures. Nevertheless, the success of applying the concepts of fracture mechanics to investigate structural integrity assessment is highly dependent upon the correct determination of fracture mechanics material properties. The accurate prediction of ductile fracture behavior plays an important role in structural integrity assessment of critical engineering structures, including nuclear reactors, petrochemical vessels and tanks, pipelines in oil and gas industries and aircraft structures. J-R curve has become the most popular material parameters in elastic-plastic fracture mechanics and has been applied widely in practical engineering. There are procedures to determine J-R curves and they are widely presented in books and international standards. However, these procedures sometimes present some practical limitations or restrictions which have prompted research effort to develop alternative methods. In this work the hypothesis that is possible to develop a methodology to determinate J-R curve to materials with elastic-plastic behavior from analysis of near crack tip strain field was verified. For this purpose, an optical strain measurement system (OSMS) was used in order to monitor strains on surface of SE(B) specimens during fracture toughness testing. The methodology was applied to a laser welded joint of API X65 steel. The measurements successfully evaluate the strain field during testing. Besides of this, the methodology proposed allowed the determination of mathematical expressions to associate strain values with values of J-integral and crack extension (Δa). These expressions are valid to characterize these fracture toughness parameters to any one of the three distinct regions of the weld joint and made possible to determine J-R curve by monitoring the surface strain field evolution during a testing of a single specimen.

Os conceitos de mecânica da fratura têm sido cada vez mais utilizados em projetos de engenharia, permitindo a determinação de tamanhos críticos de defeito ou limites de solicitação em função da presença de trincas. No entanto, para aplicar com sucesso esses conceitos em uma avaliação de integridade estrutural é de suma importância a determinação exata do comportamento a fratura do material. Materiais com comportamento elasto-plástico têm ocupado cada vez mais lugar de destaque em estruturas e componentes críticos de engenharia e a maneira mais utilizada para caracterização da tenacidade à fratura desse tipo de material é a curva J-R. Embora existam métodos normatizados para determinação dessas curvas, esses possuem muitas vezes inconvenientes e limitações que tem justificado o desenvolvimento de vários estudos com vista à determinação de métodos alternativos. Nesse trabalho foi investigada a hipótese de que, a partir do estudo do campo deformacional nas proximidades da ponta de uma trinca, é possível desenvolver uma metodologia para determinação da curva de resistência à fratura de um material com comportamento elasto-plástico. Para tanto, um sistema óptico de medição de deformação baseado na técnica de correlação de imagem digital foi empregado para monitorar a deformação na superfície de corpos de prova do tipo SE(B) durante o ensaio de tenacidade à fratura. O objeto de estudo foi uma junta do aço API X65 soldada por processo de soldagem a laser. Os resultados obtidos demonstram o sucesso da técnica utilizada para obtenção da evolução do campo deformacional durante o ensaio. Além disso, a metodologia empregada possibilitou a determinação de expressões matemáticas que permitem associar valores de deformação com valores de integral J e Δa. Essas expressões são válidas para qualquer uma das três distintas regiões da junta soldada e permitem determinar com sucesso a curva J-R a partir da evolução da deformação durante o ensaio de um único corpo de prova. / The use of fracture mechanics has become increasingly popular in damage tolerance analysis or during determination of load limits in engineering components and structures. Nevertheless, the success of applying the concepts of fracture mechanics to investigate structural integrity assessment is highly dependent upon the correct determination of fracture mechanics material properties. The accurate prediction of ductile fracture behavior plays an important role in structural integrity assessment of critical engineering structures, including nuclear reactors, petrochemical vessels and tanks, pipelines in oil and gas industries and aircraft structures. J-R curve has become the most popular material parameters in elastic-plastic fracture mechanics and has been applied widely in practical engineering. There are procedures to determine J-R curves and they are widely presented in books and international standards. However, these procedures sometimes present some practical limitations or restrictions which have prompted research effort to develop alternative methods. In this work the hypothesis that is possible to develop a methodology to determinate J-R curve to materials with elastic-plastic behavior from analysis of near crack tip strain field was verified. For this purpose, an optical strain measurement system (OSMS) was used in order to monitor strains on surface of SE(B) specimens during fracture toughness testing. The methodology was applied to a laser welded joint of API X65 steel. The measurements successfully evaluate the strain field during testing. Besides of this, the methodology proposed allowed the determination of mathematical expressions to associate strain values with values of J-integral and crack extension (Δa). These expressions are valid to characterize these fracture toughness parameters to any one of the three distinct regions of the weld joint and made possible to determine J-R curve by monitoring the surface strain field evolution during a testing of a single specimen.

Ensaios de mecânica da fratura utilizando corpos de prova padronizados apresentam alto nível de restrição à deformação plástica na ponta da trinca, devido a esforços de flexão e a trincas profundas. Em decorrência do emprego desses corpos de prova, há um alto conservadorismo nos resultados obtidos por esses ensaios, quando aplicados em materiais de boa tenacidade. Aplicações cujos defeitos estão submetidos a baixos níveis de constricção e a pequenas margens de segurança fazem com que sejam necessários corpos de prova mais próximos do estado de tensão submetido pela estrutura para realizar adequadamente a análise crítica de engenharia (Engineering Critical Analysis - ECA). Este trabalho visa analisar a influência da geometria de corpos de prova e do tamanho da trinca na tenacidade à fratura do aço API 5DP Tool Joint. Este estudo constitui-se da realização de ensaios de tenacidade à fratura com duas geometrias de corpos de prova (SE(B) e SE(T)) e quatro tamanhos de trinca normalizados (a0/W = 0,40; 0,50; 0,60; e 0,70) com a técnica da flexibilidade no descarregamento (unloading compliance). Foi utilizado o projeto de experimentos (DOE) para obter resultados referentes aos efeitos principais dos dois fatores e de suas interações. Foram calculadas, a partir de triplicatas para cada condição, curvas de resistência e valores únicos de tenacidade à fratura (Integral J e CTOD), sendo que o último foi utilizado para o cálculo da análise de variância (ANOVA). Com base nos resultados obtidos, conclui-se que a geometria de corpo de prova, tamanho da trinca e a interação entre os dois fatores possuem efeito significativo sobre as variáveis resposta (CTOD e Integral J) com nível de significância de 5%. Além disso, obtiveram-se os valores de JIC e δi através das curvas de resistência, mostrando que esses valores independem da geometria e do tamanho da trinca. / Fracture mechanics testing using standardized specimens have a high level of restriction to plastic deformation at the crack tip, due the bending stresses and deep crack lengths. Due to the use of these specimens geometry, there is a high conservatism on the obtained results of fracture toughness testing when applied on high toughness materials. The application of specimens closely modeling to the actual stress conditions in the component under consideration are necessary to evaluate structures containing defects with low levels of constraint and small safety margins to perform appropriately the engineering critical analysis (ECA). This work aims to analyze the influence of specimen geometry and crack length on the fracture toughness of API 5DP Tool Joint steel. This study consists in the execution of fracture toughness testing on two specimen geometries (SE(B) e SE(T)) and four normalized crack lengths (a0/W = 0,40; 0,50; 0,60; and 0,70) with the unloading compliance method. Design of experiments (DOE) was applied to obtain results regarding to the main factors effects and their interactions. From triplicates of each condition, resistance curves and unique values of fracture toughness (J integral and CTOD) were calculated, and the latter result was used to calculate the analysis of variance (ANOVA). The obtained outcomes show that the specimen geometry, crack length and the interaction between these factors have significant effect on the response variables (CTOD and J integral) on a significance level of 5%. In addition, there were obtained the values of JIC e δi through the resistance curves, showing that these values do not depend on the geometry and crack length.

O presente trabalho de pesquisa está relacionado à análise do progresso do fraturamento na zona tracionada de fundações rochosas de barragens de concreto e suas conseqüências nas avaliações de estabilidade global. Tomou-se como exemplo a barragem de Porto Primavera de propriedade da CESP (Companhia Energética de São Paulo), situada entre os estados de São Paulo e Mato Grosso do Sul, Brasil. Com a ajuda de modelos elaborados com elementos finitos e sob a ótica da mecânica da fratura não linear e da mecânica do dano, analisa-se o desenvolvimento da fratura mediante uma avaliação iterativa tensão-deformação e carga hidráulica. Devido ao carregamento progressivo de água, realiza-se a análise iterativa baseada no avanço da fratura e na aplicação de pressão hidráulica, até quando a fratura deixa de progredir. A simulação numérica proposta tem o objetivo de estudar o desenvolvimento de fraturas, determinar as deformações ocorridas sob a ação das forças de empuxo d'água, de subpressão, do peso próprio e das pressões de água na fratura do maciço rochoso fraturado. As deformações calculadas são comparadas com registros da instrumentação na fundação efetuados durante o enchimento do reservatório, o que permitirá o ajuste dos parâmetros adotados na simulação, assim como estabelecer as reais características da fundação / This study is related to the analysis of crack propagation in the tensioned zone of concrete dam foundation. The example of Porto Primavera dam owned by CESP (São Paulo State Power Company) Brazil is presented. Fracture growth is analyzed by mean iterative stress-strain and hydraulic head analysis with codes based on finite elements incorporating non-linear fracture mechanics and damage models. Due to progressive load of water, a step-by-step analysis is performed, based on the development of fracture and application of forces due of hydraulic pressure. The proposed numerical simulation has the purpose of studying the development of fracture, determining deformations due to the action of uplift pressure, self-weight and hydraulic pressure on the fracture walls. The computed deformations are compared with instrumentation data, obtained during the impoundment of the reservoir, from devices installed in the foundation, which will allow to adjust the adopted parameters in the simulation and to determine the real characteristics of the foundation

Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / The use of talco as a dispersive phase in thermoplastic composites has strategic and economic functions in the polymer industry, propitiating advances in properties such as rigidity, thermal and dimensional stability, amongst others; seeing that this mineral filler presents a lamellar geometry. The objective of the present dissertation was to evaluate the effect of varied amounts of talco on the fracture mechanisms of polypropylene/talco composites applying the EWF method (Essential Work of Fracture). Composites of 5, 10 & 15 wt% of talco were prepared by extrusion then injected into mold plates, subsequently, the specimens were cut in DDENT geometry (deeply double edge-notched type). Six varied ligament lengths of 6 to 16mm were prepared for evaluation. The data used to determine the EWF parameters were obtained by unidirectional tensile tests. The results show that the specific essential work fracture (we) of the composites was considerably lower than that of the pure polypropylene specimen, which indicates that talco produced modifications in the composite’s structure, reducing the capacity to absorb energy. An increment in the specific nonessential work fracture (βwp) was observed with increasing amounts of talco, due to structural alterations which raise the amount of energy needed for plastic zone deformation. Based on the results of this study, the EWF method proves efficient in the fracture tenacity evaluation of these composites. / O uso do talco como fase dispersa em compósitos de matriz polimérica termoplástica tem funções estratégicas e econômicas na indústria de polímeros, propiciando melhoria nas propriedades como: rigidez, estabilidade térmica e dimensional, dentre outras propriedades, visto que este mineral apresenta geometria lamelar. Diante disto o objetivo do presente trabalho foi avaliar o efeito de diferentes teores de talco sobre os mecanismos de fratura dos compósitos de polipropileno/talco aplicando o método Trabalho Essencial de Fratura (EWF). Neste estudo, compósitos contendo 5, 10 e 20 % (em peso) de talco foram preparados através do processo de extrusão, em seguida os compósitos foram submetidos ao processo de injeção para obtenção de placas das quais foram retiradas os corpos de prova do tipo DENT (entalhados duplamente nas faces opostas). O duplo entalhe foi inserido nos corpos de prova com objetivo de produzir diferentes comprimentos de ligamentos, na faixa de 6 a 16 mm. Os dados usados para determinar os parâmetros do método EWF foram obtidos do ensaio de tração unidirecional. Os resultados mostraram que o trabalho essencial específico de fratura, we, dos compósitos apresentaram uma redução em relação ao PP puro, indicando que o talco produziu modificações na estrutura do compósito que acarretaram a diminuição da capacidade de absorção de energia. Houve um incremento do trabalho não-essencial específico de fratura, βwp, com o aumento do teor de talco, devido às alterações estruturais terem induzido ao aumento da energia necessária para a deformar a zona plástica. Os resultados obtidos permitiram concluir que o método EWF se mostrou eficiente para avaliar a tenacidade à fratura destes compósitos.

Orientador: Itamar Ferreira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-15T00:28:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Kruger_EduardoLeira_D.pdf: 8976154 bytes, checksum: 7ee2f8d46393e64f855a07891a200250 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: O ensaio Charpy clássico, utilizado desde o início do século XX, permite determinar a energia global de fratura, propriedade mecânica conhecida como tenacidade. Esta energia tem caráter qualitativo e na aplicação no projeto estrutural, reduz-se a comparações entre as curvas de transição dúctil-frágil dos materiais. Com o surgimento da instrumentação do ensaio Charpy clássico é possível determinar a propriedade mecânica, tenacidade à fratura dinâmica, KId, muito utilizada na Mecânica de Fratura. O objetivo deste trabalho é analisar o sistema de instrumentação desenvolvido de acordo com a normatização ISO 14556(2000) para uma máquina de ensaio Charpy clássico, determinar e avaliar a tenacidade à fratura dinâmica, a partir do ensaio Charpy instrumentado, do aço AISI 4340 sob várias condições metalúrgicas obtidas através de tratamentos térmicos de têmpera e revenimento nas temperaturas de 473K, 573K, 673K e 773K. Foi observado que o sistema de instrumentação da máquina, a interpretação dos resultados dos esforços envolvidos no processo de fratura e o tempo para fratura são parâmetros de influência na determinação da tenacidade à fratura dinâmica. / Abstract: The classical Charpy test is used since 1900 and it is possible to determine from it the global energy for deformation and fracturing the specimen and this energy is named toughness which is important for selection steels considering ductile-brittle transition temperature. The Instrumented Charpy test is very important because it produces more material parameters, for example, the dynamic fracture toughness (KId), that can be used in Fracture Mechanics. However, there are several difficulties associated with the instrumentation of the impact machine ant processing digital signal, mainly in terms of the interpretation instrumented impact test results. The purpose of this work is to analyze the instrumentation system developed in accordance with normalization ISO 14556 (2000) to an Charpy machine and to determine and analyze the dynamic fracture toughness of the AISI 4340 steel in some metallurgical conditions obtained from treatment of quenching and tempering at 473K, 573K, 673K, and 773K. It was observed that the instrumentation system, the interpretation of the loads involved in the process of fracture and time to fracture are significant parameters in determining the dynamic fracture toughness. / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica