O estudo da propagação de trincas transversais de fadiga em trilhos ferroviários foi o objetivo principal deste trabalho. Para tanto foram utilizados trilhos do tipo Vignole do aço Niobras 200 com perfil 136 RE, produzido pela Companhia Siderúrgica Nacional, sendo um lote de trilhos manufaturado na década de 80 e outro no decorrer do ano de 1995, para serem utilizados na Estrada de Ferro Carajás. A análise do desempenho destes materiais foi feita através da interpretação dos resultados obtidos em uma bateria de ensaios mecânicos e exames metalográficos. A avaliação metalográfica dos materiais foi feita através da análise da composição química, da identificação da microestrutura existente, das análises qualitativa e quantitativa das inclusões não metálicas, da determinação do tamanho de grão austenítico prévio e da medição do espaçamento interlamelar da perlita. Os ensaios mecânicos visaram determinar valores numéricos que caracterizassem as propriedades mecânicas e, para isso, foram feitos ensaios de dureza, tração, tenacidade à fratura, fadiga por flexão rotativa e a determinação das curvas da taxa de propagação de trincas por fadiga (da/dN x ..1K). Foram, também, desenvolvidas técnicas e metodologia para a realização de ensaios de fadiga usando segmentos de trilhos em tamanho real, que propiciaram a obtenção das curvas de da/dN x ..1Kem ensaios de flexão a três pontos e curvas de (J x N em ensaios de flexão a quatro pontos. Os resultados destes testes mostraram que a qualidade metalúrgica do aço dos trilhos da década de 80 é superior a dos trilhos mais recentes e isto se reflete no desempenho em fadiga, mostrando que os trilhos antigos tem maior período de vida útil. Entretanto os resultados também revelaram que as taxas de propagação de trincas nestes materiais possuem valores muito próximos, mostrando que depois de nucleada uma trinca, seja ela em um trilho novo ou antigo, o tempo que estas levaram para atingir seu tamanho crítico é praticamente o mesmo. Foi possível, também, constatar que a metodologia desenvolvida para avaliar o comportamento em fadiga para os segmentos de trilhos em tamanho real correspondeu as expectativas e servem como parâmetro para a qualificação do material, ajudando na tomada de decisão na hora de escolha entre tipos distintos de materiais para trilhos. / This study is centered on the propagation of transversal fatigue crack on railroad rails. For this work, Vigllole rails of Niobras 200 steel with 136RE profile produced by Companhia Siderúrgica Nacional (CSN) were used. Part of the rails studied was manufactured in the 80s and the rest in 1995, with the purpose of being use at the Carajás Railway. The materiaIs characterization was accomplished through results obtained from a battery of mechanical and metallographics analyzes. The metallographic evaluation of these materiaIs consisted of chemical analysis, microstructure identification, quantitative and qualitative analysis of the non-metallic inc1usions,determination of the previous austenitics grain size and measurement of the pearlite interlamelIar spacing. The mechanical properties characterization considered several tests, such as hardness, tensile test and fracture toughness test, rotating bending fatigue test and fatigue crack growth rates curves (da/dN x ∆1K). A methodology was developed in order to obtain da/dN x ∆1Kcurves from real size rail segments in three point bending test and σx N curves in four paint bending tests. The results of these tests showed that the metallurgical quality of the steel rails from the 80s is superior comparing with the more recent.ones, and this can be seen in the fatigue performance, it shows that old rails have a larger usefullifetime. Meanwhile, the results also reveals that the fatigue crack growth rates in these materiais is very similar showing that after nuc1eating a crack, in a new or old rail, the time spent to get to its critical size is almost the same. The methodology developed to evaluate the behaviour in fatigue of rail segment corresponded to the expectations na serves as a parameter of material qualification, assisting in the decision making process when choosing between distinct type of materiaIs for rails.

Foram estudadas as propriedades de fadiga em dois grupos de soldas de alta resistência e baixa liga com diferentes composições microestruturais. As soldas do grupo A apresentaram microestruturas compostas de ferrita acicular, ferrita alotriomórfica e ferrita de Widmanstätten, com limite de escoamento de aproximadamente 460 MPa, enquanto que as soldas do grupo B apresentaram microestruturas compostas de martensita de baixo carbono, bainita e ferrita acicular, com limite de escoamento de aproximadamente 850 MPa. A partir do ensaio de trincas longas, foi obtida a taxa de crescimento por ciclos de carregamento, da/dN, de da/dN=1,18·10-12·DeltaK2,91 e da/dN=1,34·10-11·DeltaK2,64, respectivamente para as soldas dos grupos A e B. Como pode ser observado a partir destas equações, a taxa de crescimento foi mais alta para o grupo B. Da análise do fechamento da trinca pode ser concluído que o principal fator determinante de uma menor taxa de propagação para as soldas do grupo A foi a plasticidade desenvolvida pela estrutura. Dos ensaios de trincas curtas foi observado que no caso das soldas do grupo A, uma vez nucleada a trinca, esta se propagava até o colapso do corpo de prova. Para as soldas do grupo B foi observado que não bastava a existência de uma trinca para que esta se propagasse até a fratura total do corpo de prova e que o fator controlador foi a granulomentria associada a uma determinada composição microestrutural. / The fatigue properties of two groups of high strength low alloy steel weld metals with different microstructural composition were studied. Weld metals from group A presented microstructures composed of acicular ferrite, Widmanstätten ferrite and allotriomorphic ferrite, with yield strength of 460 MPa. Weld metals from group B exhibited a microstructural composition of low carbon martensite, bainite and acicular ferrite, with a yield strength of 850 MPa. The fatigue crack growth per cycle of loading, da/dN, for weld metals from groups A and B is obtained from the relationships, da/dN=1,18·10-12·DeltaK2,91 and da/dN=1,34·10-11·DeltaK2,64, respectively. As can be seen from these equations, the crack growth rate was higher for group B. From the crack growth closure analysis, it may be concluded that the lower crack growth rate obtained for weld metals from group A was mainly due to the higher crack tip plasticity developed in this type of microstructure. From the short crack fatigue tests, it was observed for weld metals from group A, that once a crack was nucleated, it propagated until the testpiece plastic collapsed. For weld metals from group B, it was observed that the existence of a crack was not sufficient to cause the complete testpiece failure, and the association of the grain size with the local microstructure was the main factor controlling the failure process.

Esta pesquisa trata da análise numérica pelo método dos elementos finitos de ensaios de fadiga de laboratório realizados em vigas de concreto asfáltico, contando ou não com a presença de camadas intermediárias especiais do tipo geogrelha polimérica, atuando como camadas intermediárias em Sistemas Anti-Reflexão de Trincas. Verificou-se que a presença da geogrelha, não afeta de forma significativa o estado de tensões na extremidade da trinca subjacente à camada asfáltica. O seu efeito se dá à medida que a trinca se propaga, nas condições finais. A condição de carregamento usada na análise foi diferente da realizada no ensaio. Na simulação os valores foram obtidos na condição inicial de carregamento e no ensaio na condição final. A idéia inicial era verificar se já na condição inicial de carregamento ocorreria alguma mudança no estado de tensão. Assim, as comparações realizadas não mostram alterações no estado de tensão na extremidade da trinca subjacente à camada asfáltica.

O trabalho analisa e caracteriza as incertezas na Análise de Tolerância ao Dano (DTA - Damage Tolerance Analysis) devidas a variações nos espectros de cargas obtidos para as aeronaves F5-E da FAB, com a finalidade de averiguar se os intervalos de inspeção obtidos ao final das análises são significativamente alterados em função de possíveis desvios estatísticos dos dados coletados. Os efeitos de incertezas no espectro de carregamento dinâmico sobre as curvas de propagação de trincas em pontos críticos da aeronave foram analisados através da variação do "mix" original de missões levantado na campanha realizada em 1992-1993 para as aeronaves F5-E do 1 GAC da Base Aérea de Santa Cruz (BASC). Para as análises de crescimento de trincas, foi utilizada a formulação proposta por Forman et alii (1993), e os efeitos de retardo foram analisados segundo as equações propostas por Wheeler (1972) e Willenborg (1974). Com as análises realizadas, foi possível quantificar os possíveis impactos das variações no espectro de cargas sobre os intervalos de inspeção atuais. Os resultados obtidos poderão servir de subsídio para a Revisão da Análise de Tolerância ao Dano da aeronave F-5E BR (aeronaves F-5E modernizadas pela Embraer), projeto a ser realizada pelo Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE), com início previsto para o futuro próximo.

Esta tese trata da aplicação da filosofia de Análise de Tolerância ao Dano (DTA) às aeronaves F-5E da Força Aérea Brasileira (FAB) lotadas no 1 Grupo de Aviação de Caça (GAC) da Base Aérea de Santa Cruz (BASC), visando estender as suas vidas operacionais. Apresenta-se a metodologia utilizada para a determinação das tensões atuantes nos pontos críticos da aeronave F-5E, isto é, as tensões nos locais onde é mais provável haver a formação de trincas, as quais podem levar a uma falha catastrófica estrutural por um processo de fadiga. Esta metodologia consiste basicamente da coleta de dados em vôo, pré-análise e redução destes dados e determinação de um espectro de tensões representativo da utilização da frota. Todos os dados foram obtidos de uma campanha de ensaios realizada em 1992 e 1993, conduzida pelo Southwest Research Institute, de San Antonio, Texas, Estados Unidos da América. Após a determinação do espectro de tensões é mostrado um exemplo de análise de crescimento de trinca para um dos pontos críticos da aeronave. Com a capacidade de realizar este tipo de análise, garante-se a integridade estrutural e a vida da aeronave pode ser estendida. Este trabalho mostra que o mesmo tipo de análise feita para o F-5E pode ser realizada para outros tipos de aeronaves, civis ou militares. Isto é bastante proveitoso para qualquer operador cujas aeronaves estejam chegando ao limite de suas vidas operacionais.

Faz-se no presente trabalho um estudo de Mecânica da Fratura em discos, cilindros compactos e cascas cilíndricas. Em primeiro plano apresentam-se resultados quantitativos do modo I de carregamento da trinca com resultados que apresentam um procedimento prático e simples para se obter o fator intensidade de tensão, Ki, concentrando-se principalmente na obtenção do fator intensidade de tensão adimensional Y. É apresentada uma solução para discos com trinca radial na borda submetidos a carregamentos de tração discretos. São apresentadas soluções para cilindros compactos com as seguintes geometrias de trincas: i) trinca superficial submetida a tração e momento; ii) trinca exissimétrica externa submetida a tração; e iii) trinca circular interna sob tração e torção. São apresentadas, ainda, soluções para cascas cilíndricas, tanto com trincas passantes como com trincas não passantes, e, para ambos os casos, analisam-se os carregamentos de tração, momento, e pressão interna aplicados ao cilindro. E em segundo plano apresentam-se estudos qualitativos sobre modos mistos de carregamento da trinca com suas características e peculiaridades próprias, onde são analisados a velocidade e a direção de propagação da trinca, e os corpos-de-prova utilizados para pesquisa experimental de modos mistos.

Esse trabalho apresenta o anteprojeto de uma unidade automatica para auxiliar duas importantes fases no atual processo de fabricacao de propulsores para foguetes desenvolvidos no Brasil: uma fase de inspecao e a outra de ativacao do propelente solido em seu estagio final de fabricacao. Na fase de inspecao, busca-se detectar fissura e/ou trincas na superficie do propelente que possamcomprometer o funcionamento do propulsor. A meta da ativacao e retirar da superficie do propelente os excesso de resina e anti-aderente que sao depositados durante o processo de frabricacao,para que este nao prejudiquem a ignicao do propulsor. Na composicao desta unidade automatica, destacaram-se o modulo do robo e o modulo de visao; o do robo por sua configuracao dedicada a aplicacao e o devisao, pelo metodo empregado na comparacao de imagens. A este ultimomodulo e dada maior enfase neste trabalho, pois o funcionamento adequado da unidade automatica depende principalmente do sucesso de operacao desse modulo.

Este trabalho apresenta uma abordagem paramétrica de monitoramento do acúmulo de dano em pontos críticos em fadiga da estrutura de aeronaves, considerando, individualmente, o seu perfil de operação. Para isso, são utilizadas Curvas de Crescimento de Trinca Normalizadas (CCTN), uma vez que elas relacionam o dano causado pelo crescimento de trinca à vida em fadiga, independentemente de como a aeronave é operada. A teoria foi apresentada sequencialmente, abordando conceitos de Mecânica da Fratura Linear Elástica (MFLE), Propagação de Trinca por Fadiga e a elaboração da metodologia proposta. Antes de aplicar a teoria proposta, foram utilizados programas de computador, desenvolvidos pela Subdivisão de Integridade Estrutural (ASA-I) do Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE), para determinar os ciclos de tensão aplicados em cada ponto crítico, considerando os diferentes tipos de missão realizados pelas aeronaves F-5M, e simular o crescimento de trinca nos pontos críticos, utilizando os ciclos de tensão aos quais eles são submetidos durante a realização de cada tipo de missão. Os dados de crescimento de trinca de crescimento de trinca gerados durante as simulações são tratados conforme a norma ASTM E 647 e ajustados da forma integral das equações de taxa de crescimento de trinca de Paris e Forman, gerando as curvas de crescimento de trinca por meio das quais são geradas as CCTN. A metodologia proposta mostra-se mais apropriada, para aeronaves multimissão, que o DTA tradicional por garantir a integridade estrutural independentemente do perfil de operação da aeronave.

O cálculo da vida útil de estruturas quanto à fadiga aborda, entre outros aspectos, a análise da propagação de trincas ao longo da vida operacional. Neste sentido, o enfoque determinístico é consagrado na indústria por ter sua teoria amadurecida (isto é, trata-se de um método mais antigo), bem como por ser amplamente reconhecido e aceito pelos órgãos certificadores. O presente trabalho aborda outro enfoque da avaliação quanto à fadiga, que é o enfoque probabilístico. Entre outros aspectos, este enfoque emprega conceitos de estatísticas e probabilidades na avaliação de configurações estruturais submetidas a carregamentos cíclicos. Serão apresentados ao logo deste trabalho o conceito de EIFS (equivalent initial flaw size) e uma metodologia desenvolvida para a sua determinação a partir de resultados de ensaios de fadiga. Os resultados de ensaios de fadiga analisados no presente trabalho são provenientes de dois componentes estruturais: um olhal e uma junta de cisalhamento. Estes componentes foram selecionados para esta avaliação devido a sua vasta aplicação na indústria. Foram ilustrados ao longo do trabalho os ganhos decorrentes da aplicação do enfoque probabilístico, para as duas configurações. Conforme será detalhado, foi verificado que para a junta de cisalhamento o enfoque probabilístico levaria ao cálculo de uma vida operacional maior que a determinada por meio do enfoque determinístico tradicional. Para o olhal, tal aumento só foi verificado para uma pequena faixa de tensões de carregamento. O conceito de EIFS consiste em um dos pilares da análise de confiabilidade de estruturas, posto que é um dos parâmetros de entrada para uma análise integrada, em que diversos fatores são considerados simultaneamente. Recentemente o meio acadêmico está abordando com maior frequência o enfoque probabilístico e a indústria está paulatinamente reconhecendo os ganhos que podem advir da sua aplicação consistente.

Historicamente, a indústria aeronáutica tem buscado desde os seus primórdios novas soluções tecnológicas que tornem o voo mais seguro e, é claro, mais econômico. O desenvolvimento de novas técnicas de fabricação aliado ao surgimento de novos materiais permitiu que os engenheiros criassem projetos com maior eficiência estrutural, isto é, maior resistência mecânica por peso. Com o assunto fadiga em voga, novas condições de contorno surgiram à medida que novas filosofias de projeto foram propostas. No contexto de desenvolvimento tecnológico, a solda a laser apresenta o potencial de combinar velocidade e maior resistência à fadiga e a deformação quando comparada aos tradicionais processos de junção mecânica, como rebites. O presente trabalho investigou a tenacidade, iniciação da trinca e taxa de propagação no alumínio 6013-T4 com uma espessura de 1.6 mm. O estudo abrangeu material base e chapas com solda. As soldas foram realizadas por um laser de Yb:fibra de alta potência. Foram fabricados quatro conjuntos de corpos de prova, todos com a mesma geometria. Três desses conjuntos foram soldados de forma autógena por meio do uso de laser com três diferentes níveis de potência: 600, 800 e 1000 Watts. Os resultados permitiram caracterizar a vida de iniciação e propagação na liga 6013-T4, com e sem solda; observar o impacto da variação da potência na geometria da zona de fusão, na espessura, na tenacidade e na dispersão dos resultados; determinar os coeficientes e expoentes das equações representativas da taxa de propagação: Paris, Walker e Forman; e afirmar que é possível utilizar solda a laser em estruturas tolerantes ao dano desde que os parâmetros de processo sejam bem ajustados e haja controle de qualidade.