Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2015. / Submitted by Ana Cristina Barbosa da Silva (annabds@hotmail.com) on 2015-05-14T16:38:14Z No. of bitstreams: 1 2015_RafaelMarquesSilva.pdf: 3637053 bytes, checksum: 5285498b0c9027dcf10eb4d965e45774 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2015-05-14T21:01:45Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_RafaelMarquesSilva.pdf: 3637053 bytes, checksum: 5285498b0c9027dcf10eb4d965e45774 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-05-14T21:01:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_RafaelMarquesSilva.pdf: 3637053 bytes, checksum: 5285498b0c9027dcf10eb4d965e45774 (MD5) / O presente trabalho trata da transição da propagação de trincas bidimensionais para trincas passantes por fadiga, em espécimes de aço sujeitos à tração. A falha por fadiga nas estruturas é um problema muito comum que é caracterizado pela geração e propagação paulatina de uma ou várias trincas, causado pelo efeito cumulativo da aplicação cíclica de cargas variáveis. Quando a trinca penetra parcialmente na peça, ela é considerada bidimensional. Já quando penetra totalmente na peça, a trinca é dita unidimensional ou passante. Existem algumas expressões empíricas para trincas bidimensionais fornecidas na literatura que ajudam a descrever os fatores de intensidade de tensão. Essas equações estão limitadas a diversos fatores de forma que relacionam as características geométricas da peça, tais como espessura, largura e o tipo de entalhe, já que as trincas bidimensionais mudam de aspecto a cada ciclo de carga. Uma questão importante nesse assunto é a transição de uma trinca parcialmente penetrante (bidimensional) para uma situação unidimensional (trinca passante), pois para calcular a vida total de uma trinca por fadiga é preciso também conhecer seu comportamento na fase de transição. Contudo, esse processo de transição não tem sido muito acompanhado por estudos. Esta pesquisa tem como objetivo geral estudar o processo de transição de trincas bidimensionais para unidimensionais por fadiga. Foram realizados experimentos de propagação de trincas em corpos de prova com seção transversal retangular. Em cada experimento, uma trinca foi induzida a partir de um defeito com forma quarto-elíptica em um dos vértices do corpo de prova. Durante o ensaio, foram aferidos, no processo de transição, comprimentos característicos da forma da trinca (a, c e c’). Nesse contexto, o presente estudo apresenta uma análise da transição de trincas bidimensionais para unidimensionais por fadiga, em corpos de prova de aço SAE 4340, de seção retangular, com um entalhe inicial de canto, submetido a cargas de tração por fadiga. São apresentados resultados experimentais comparados com os resultados no programa ViDA. / This work deals with the transition of two-dimensional cracks to through cracks by fatigue in steel specimen under tension. Fatigue failure in structures is a very common problem that is characterized by the gradual generation and propagation of one or more cracks, caused by the cumulative effect of cyclic variable loads application. When the crack partially penetrates the thickness specimen it is called two-dimensional crack. However, when it fully penetrates the thickness specimen it is called through crack. There are some empirical mathematical expressions in the literature to evaluate stress intensity factor. These equations are limited to many configuration parameters and ratios, related to the geometrical specimen features, such as thickness, width, notch type, since surface crack aspect changes each load cycle. An important issue in this matter is the trasition of a part-through crack to a one-dimensional situation (through crack), because to calculate total life of a fatigue crack is also necessary to know its behavior in the trasition period. However, this process of transition has not been very accompanied by studies. This research has as main objective to study the transition from two-dimensional cracks to one-dimensional cracks by fatigue. Crack propagation tests were performed on specimen with rectangular cross section. In each test, a crack was induced from a quarter-elliptical flaw in one of the specimen corners. During the test, in the transition period, characteristic lengths of crack shape (a, c and c') were measured. In this sense, this study presents an analysis of two-dimensional cracks transition to one-dimensional crack by fatigue, in SAE 4340 steel specimens, with rectangular cross section, with a inicial corner notch, under tensile fatigue loads. Experimental results are compared with the results of software ViDa.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2015. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2015-12-04T13:07:44Z No. of bitstreams: 1 2015_RaphaelAraujoCardoso.pdf: 4524264 bytes, checksum: 5ea4d3c957b8492a91bd31fad78fdf80 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2016-03-28T11:33:00Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_RaphaelAraujoCardoso.pdf: 4524264 bytes, checksum: 5ea4d3c957b8492a91bd31fad78fdf80 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-28T11:33:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_RaphaelAraujoCardoso.pdf: 4524264 bytes, checksum: 5ea4d3c957b8492a91bd31fad78fdf80 (MD5) / O objetivo desse trabalho é avaliar o fenômeno de propagação de trincas em condições de fretting. Uma metodologia mais genérica para estimar o fenômeno de parada de trincas curtas foi proposta e diferentes modelos para estimar a direção de iniciação e a posterior propagação de trincas também foram avaliados. Teorias clássicas como o método da distribuição das discordâncias e rotinas robustas em elementos finitos foram utilizadas para calcular os parâmetros mais importantes desse trabalho. Dados experimentais disponíveis na literatura foram utilizados para verificar a acurácia das metodologias em estudo. A metodologia proposta para avaliar o fenômeno de parada de trincas curtas foi capaz fornecer melhores resultados que outras presentes na literatura quando uma curva mais genérica para o fator de intensidade de tensão limiar (Δℎ), baseada no parâmetro material de Bazant, , foi utilizada. A respeito da estimativa da direção de iniciação de trincas, duas metodologias baseadas na Teoria das Distâncias Críticas foram avaliadas e um delas (o Método da Direção Crítica) foi capaz de fornecer satisfatoriamente a direção de iniciação das trincas, enquanto que a outra metodologia baseada em uma abordagem não-local de plano crítico levou a grandes erros nas estimativas. Duas outras diferentes metodologias também foram testadas para prever o caminho de propagação de trincas sendo que uma delas, baseada no cálculo do fator de intensidade de tensão de uma trinca infinitesimal emergindo de uma trinca preexistente, foi capaz de fornecer bons resultados, enquanto que a outra metodologia, baseada na faixa de tensão cisalhante nas proximidades da ponta da trinca, conduziu a resultados discrepantes em relação as observações experimentais. _____________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The aim of this work is to evaluate the crack behaviour under fretting conditions. A more generic methodology was proposed to predict the short crack arrest phenomenon and different models to estimate the direction of crack initiation and further propagation were also assessed. Classical theories as the distribution dislocation technique and robust commercial FEM routines were used to calculate the most important mechanical parameters involved in these theories. Available experimental data were collected to verify the accuracy of the present methodologies. The methodology proposed here to evaluate short crack arrest was able to provide better estimates than other available in the literature when a more generic curve for the stress intensity factor threshold (Δℎ), based on the Bezant’s material parameter, , was used. Concerning the estimate of crack initiation direction, two methodologies based on the Theory of Critical Distances were assessed and one of them (the Critical Direction Method) could satisfactory provide the direction of crack initiation, whereas the other model, based on a non-local critical plane approach, led to high discrepancies. Two methodologies were also tested to predict crack propagation path and one of them, based on the calculation of the stress intensity factor of an infinitesimal kinked crack emerging from the original one, was able to provide good results, whereas the other methodology, based on the shear stress range near to the crack tip, led to inaccurate results.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2017. / Submitted by Gabriela Lima (gabrieladaduch@gmail.com) on 2017-12-04T17:49:57Z No. of bitstreams: 1 2017_GabrielMagalhãesJuvenalAlmeida.pdf: 83803985 bytes, checksum: 8ff18524c3dc296320de503f8217bb6c (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-02-01T17:41:41Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_GabrielMagalhãesJuvenalAlmeida.pdf: 83803985 bytes, checksum: 8ff18524c3dc296320de503f8217bb6c (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-01T17:41:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_GabrielMagalhãesJuvenalAlmeida.pdf: 83803985 bytes, checksum: 8ff18524c3dc296320de503f8217bb6c (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) e Eletronorte. / O fenômeno de fadiga por fretting causa enormes prejuízos, principalmente para os setores elétrico e aeronáutico, ao danificar e reduzir a vida útil dos componentes que presenciam este tipo de fadiga, e ainda hoje, muitos dos efeitos causados pelo problema de fadiga por fretting continuam desconhecidos. Este trabalho tem como propósitos principais a validação de metodologias utilizadas para prever a direção de iniciação de trincas no caso de fretting, além de analisar a influência de parâmetros experimentais sobre a direção de propagação destas trincas. Para alcançar tal fim, dados disponíveis na literatura conjuntamente com testes conduzidos pelo autor foram utilizados para comparar os resultados numéricos obtidos combinando as metodologias propostas e critérios multiaxiais (Fatemi-Socie, Smith-Watson-Topper e Modified Curve Wöhler Method) com as direções experimentais de propagação das trincas. Os resultados apontaram que dentre os critérios em estudo, o de SWT se mostrou superior ao atingir os melhores resultados e que a utilização do Método da Distância Crítica trouxe melhora no desempenho desses critérios, inclusive na captura dos efeitos observados pela variação dos parâmetros analisados. / The fretting fatigue phenomenon causes huge losses, mainly to energy and aviation industries, by reducing the life of many components which experience this kind of fatigue and currently, many of the effects caused by the problem of fretting fatigue remain unknown. The main goals of this dissertation are the validation of methodologies used for prediction of crack path propagation on fretting fatigue cases and the analysis of the influence of experimental parameters on the direction of these cracks. To achieve these goals, data available in literature and experimental tests conducted by the author were used to compare the numerical results obtained using different methods and multiaxial criteria (Fatemi-Socie, Smith-Watson-Topper and Modified Wöhler Curve Method) with the experimental results. The results indicate that among the multiaxial criteria in analysis, the SWT has proved itself to be better than the others and the utilization of the Method of Critical Distance has improved the performance of these criteria, as well as the capture of the effects caused by variation of the experimental parameters in study.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade UnB Gama, Programa de Pós-graduação em Integridade de Materiais da Engenharia, 2016. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-08-18T17:21:52Z No. of bitstreams: 1 2016_AdrianeFariadeAlmeida.pdf: 74601079 bytes, checksum: d4568bf757914897c93f08e0d6ea5761 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-08-25T18:17:08Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_AdrianeFariadeAlmeida.pdf: 74601079 bytes, checksum: d4568bf757914897c93f08e0d6ea5761 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-25T18:17:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_AdrianeFariadeAlmeida.pdf: 74601079 bytes, checksum: d4568bf757914897c93f08e0d6ea5761 (MD5) / Este trabalho avalia a influência da laminação na alteração das taxas de propagação de trincas por fadiga em ligas de alumínio AL7050-T7451. A análise é baseada no levantamento das curvas de velocidade de propagação de trincas da/dN x ΔK através de ensaios experimentais, e na obtenção das constantes de Paris para cada uma das direções. Foram analisados quatro diferentes posicionamento de corpos de prova em função do sentido de laminação, sendo eles: L-T, T-L, S-L e T-S. Os resultados foram comparados entre si a fim de avaliar se existem diferenças significativas. As quatro direções analisadas apresentaram diferenças de resistência à propagação de trincas significativas, sendo a direção S-L menos resistente e a direção T-S mais resistente à propagação de trincas, sendo a diferença da velocidade de propagação de trincas entre as direções T-S e S-L, para os mesmos valores de ΔK, cerca de 600% a mais na direção S-L. A direção L-T apresentou a menor aceleração no crescimento das trincas, já a maior aceleração foi observada na direção S-L. Porém, a direção T-S (que foi a mais resistente à propagação de trincas) apresentou tendência de desvios e /ou bifurcações significativas. Ainda foi verificado que o método de ensaio experimental experimental utilizado pode influenciar os resultados obtidos (controle de ΔK ou amplitude de carga constante), mesmo que todos os parâmetros utilizados nos dois métodos estejam dentro das condições estabelecidas pelas normas vigentes. _________________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / This study evaluates the influence of rolled on the propagation rates of fatigue crack in AL7050-T7451 aluminum alloy. The analysis is based on survey of velocity curves propagation da / dN x ΔK through experimental trials, and obtaining of the constant of Paris for each direction. Four different positions of specimens were analyzed in function the direction of lamination, being them: L-T, T-L, S-L and T-S. The results were compared each other to assess whether there are significant differences. The four directions analyzed showed resistance differences to the spread of significant cracks, and the direction S-L was less resistant and direction T-S was more resistant to crack propagation, and the difference of crack propagation speed between the T-S and S-L directions for the same ΔK values, was about 600% more in the direction S-L. L-T direction had the lowest acceleration in the growth of cracks, already the largest acceleration was observed in the direction S-L. However, the direction of T-S (which was more resistant to crack propagation) tended significant of deviations and/or bifurcations. In additional it was found that the used experimental test method can influence the results (ΔK control or constant load), even if all the parameters used in the two methods are within the conditions laid down by standards.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2016. / Submitted by Camila Duarte (camiladias@bce.unb.br) on 2017-02-01T12:28:03Z No. of bitstreams: 1 2016_JaimeRafaelObandoAnte.pdf: 8240423 bytes, checksum: f22a0812219f926b9974fd4fd612e67c (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2017-02-15T18:32:27Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_JaimeRafaelObandoAnte.pdf: 8240423 bytes, checksum: f22a0812219f926b9974fd4fd612e67c (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-15T18:32:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_JaimeRafaelObandoAnte.pdf: 8240423 bytes, checksum: f22a0812219f926b9974fd4fd612e67c (MD5) / Vários estudos realizados no Brasil e no mundo têm relatado a eficácia dos geossintéticos como inibidores da propagação de trincas e suas contribuições no aumento da vida útil de pavimentos. O sucesso ou fracasso da restauração de pavimentos com geossintéticos depende do perfeito conhecimento de como o reforço interage com a massa asfáltica envolvente. Como contribuição ao conhecimento sobre o desempenho de misturas asfálticas reforçadas com geossintéticos, apresenta-se nesta tese um estudo sobre reforço de recapeamentos asfálticos mediante o uso de geossintéticos. Para tal, vários tipos de ensaios foram realizados tais como ensaios de resistência de interface geossintético-CBUQ, ensaios de flexão e de reflexão de trincas, dentre outros. Diferentes tipos e características do reforço foram investigadas, tais como: tipo de geossintético, rigidez à tração e dimensões de aberturas de geogrelhas. Os aspectos comportamentais avaliados foram: degradação térmica do geossintético de reforço, efeito da velocidade de deformação nas propriedades mecânicas do reforço, aderência entre o reforço e a mistura asfáltica, avaliação da reflexão de trincas e resistência à tração da mistura asfáltica reforçada. Dos resultados obtidos no trabalho, concluiu-se que a presença do geossintético foi capaz de aumentar em até 15 vezes a vida de fadiga da mistura asfáltica, permitindo deformações plásticas maiores do revestimento sem se chegar à ruptura total. A avaliação da aderência na interface geossintético – mistura asfáltica evidenciou que a presença do reforço pode provocar reduções significativas da adesão e no ângulo de atrito na interface. Em relação à degradação térmica, foi concluído que as mudanças nas propriedades mecânicas dos geossintéticos dependem do tipo de polímero constituinte, estrutura do reforço e proteção gerada pela emulsão asfáltica. Adicionalmente, o reforço diminuiu a intensidade das trincas refletidas e a velocidade com que elas se propagaram. / Several studies carried out in Brazil and in the world have reported the efficiency of geosynthetics to inhibit crack reflection in asphalt pavements and their contributions for the increase of pavement life. The success of failure of pavement restoration using geosynthetics depend on a perfect interaction between reinforcement and asphalt. To contribute to the knowledge on this type of geosynthetic application this thesis investigated asphalt cap reinforcement with geosynthetics. Different types of tests were performed, such as geosynthetic-asphalt interface shear strength, asphalt flexural strength and crack reflection, among others. The influence of different reinforcement properties was investigated focusing on the type of reinforcement, tensile stiffness and geogrid aperture dimensions. Thermal degradation of the reinforcement, asphalt-reinforcement adherence, influence of tensile test speed and crack reflection were assessed. The results obtained showed that the cap fatigue life increase up to 15 times due to the presence of the geosynthetic reinforcement, with larger plastic deformation prior to total cap failure. The evaluation of adherence at the geosynthetic-asphalt interface showed that the presence of the reinforcement may reduce significantly adhesion and friction angle at the interface. Regarding thermal degradation, changes in mechanical properties of the geosynthetics depended on the type of polymer, reinforcement structure and protection provided by the asphalt coating. In addition, the reinforcement reduced the intensity of the reflected cracks as well as crack propagation velocity.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2015. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-02-24T11:46:52Z No. of bitstreams: 1 2015_ElvisPereiradeSantana.pdf: 6055926 bytes, checksum: 2bd556434e5c2cc3f8b53fcba167068a (MD5) / Approved for entry into archive by Marília Freitas(marilia@bce.unb.br) on 2016-02-25T13:08:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_ElvisPereiradeSantana.pdf: 6055926 bytes, checksum: 2bd556434e5c2cc3f8b53fcba167068a (MD5) / Made available in DSpace on 2016-02-25T13:08:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_ElvisPereiradeSantana.pdf: 6055926 bytes, checksum: 2bd556434e5c2cc3f8b53fcba167068a (MD5) / Dano múltiplo e generalizado devido à fadiga tem sido um problema em aviões e na indústria da construção civil, há muito tempo. Componentes estruturais desenvolvem trincas em vários locais que crescem em percursos que são difíceis de prever. Quando duas trincas se aproximam, seus campos de tensão se influenciam mutuamente levando a um efeito de aumento ou blindagem que depende da posição e orientação das trincas. Uma vez que não existem métodos analíticos generalizados para prever campos de tensão na trinca, a simulação do crescimento de múltiplas trincas, e da coalescência (linkup) entre elas, são importantes e desafiadoras tarefas de uma área de pesquisa que ainda está se desenvolvendo. Este trabalho descreve uma aplicação bidimensional do Método dos Elementos de Contorno Dual (MECD) para a análise de modo misto do crescimento de múltiplas trincas na mecânica da fratura linear elástica, sob carregamento de fadiga. O processo de crescimento de trinca é simulado com uma análise de extensão incremental de múltiplas trincas baseada no critério da máxima tensão principal. Para cada incremento da análise, em que as extensões da trinca são modeladas com novos elementos de contorno, o MECD é aplicado para realizar uma análise de tensão de região única da estrutura trincada e a Integral J é utilizada para calcular os fatores de intensidade de tensão. A análise incremental é baseada na técnica de predição-correção que define, em cada incremento da análise, a direção e a extensão das múltiplas trincas, levando em conta assim a discretização da análise e garantindo que o requisito da unicidade do percurso seja satisfeito. Baseado no critério de plastificação do ligamento, que assume que quando as zonas plásticas de duas trincas adjacentes se tocam, o ligamento entre elas falha e as trincas coalescem, chapas com múltiplas trincas podem ser analisadas. A vida à fadiga e a resistência residual da estrutura são introduzidas como um procedimento de pós-processamento dos resultados do crescimento das múltiplas trincas. Resultados dessa análise incremental são apresentados para várias geometrias com danos generalizados, demonstrando a acurácia e eficiência das estratégias adotadas na análise. / Multiple-site and widespread fatigue damage have been an issue to the aircraft and civil construction industry for a long period. Structural components develop cracks at several locations which grow with crack paths that are difficult to predict. When two cracks approach one to another, their stress fields influence each other leading to an enhancing or shielding effect which depends on the position and orientation of the cracks. Since there are no generalized analytical methods for predicting crack stress fields, simulation of multiple-crack growth, and the linkup between them, are important and challenging tasks of an research area that is still evolving. This work describes a two dimensional application of the dual boundary element method (DBEM) to the analysis of mixed-mode multiple-crack growth in linear elastic fracture mechanics, under fatigue loading. The crack-growth process is simulated with an incremental multiple-crack extension analysis based on the maximum principal stress criterion. For each increment of the analysis, in which crack extensions are modeled with new boundary elements, the DBEM is applied to perform a single-region stress analysis of the cracked structure and the J-integral is used to compute the stress intensity factors. The incremental analysis is based on a prediction-correction technique that defines, in each increment of the analysis, the direction and the extension of the multiple cracks, thus taking into account the discreteness of the analysis and ensuring that the requirement of the path uniqueness be satisfied. Based on the ligament yield criterion which assumes that when the plastic zones of two adjacent cracks touch each other, the ligament between them fails and the cracks coalesce, plates with multiple-site damage can be analyzed. The fatigue life and residual strength of the structure are introduced as a post-processing procedure on the results of the multiple-crack growth. Results of this incremental analysis are presented for several geometries with multiple-site damage, demonstrating the accuracy and efficiency of the strategies adopted in the analysis.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2017. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2017-11-28T17:41:10Z No. of bitstreams: 1 2017_PedroGustavoPereiraLeite.pdf: 3857736 bytes, checksum: a17f7425414b136012653154fd460f21 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-02-08T20:28:31Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_PedroGustavoPereiraLeite.pdf: 3857736 bytes, checksum: a17f7425414b136012653154fd460f21 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-08T20:28:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_PedroGustavoPereiraLeite.pdf: 3857736 bytes, checksum: a17f7425414b136012653154fd460f21 (MD5) Previous issue date: 2018-02-08 / Fundação de Apoio à Pesquisa do Distrito Federal (FAP/DF). / O Método dos Elementos de Contorno (MEC) realiza a discretização apenas no contorno do domínio, o que simplifica todo o processo de modelagem numérica do problema, porém apresenta um inconveniente quando aplicado a problemas no âmbito da Mecânica da Fratura: degeneração do sistema de equações devido a presença de trinca. É possível superar essa dificuldade com o MEC Dual (MECD) na discretização da trinca, onde se utiliza duas equações independentes em cada face da trinca que permitem resolver o problema de degeneração e sem a necessidade de remalhamento a cada avanço de trinca, o que se torna uma clara vantagem sobre outros métodos numéricos como o Método dos Elementos Finitos. O presente trabalho propõe a utilização do programa acadêmico BemCracker2D e sua interface gráfica BemLab2D para simular numericamente problemas de propagação de trincas por fadiga em modo misto (I+II). A metodologia consiste em construir modelos numéricos com o BemLab2D, calcular tensões elásticas pelo MEC convencional e realizar análises incrementais da extensão da trinca com o MECD por meio do BemCracker2D. Os fatores de intensidade de tensão (FIT) são computados para cada incremento através da integral-J, a direção de propagação pelo critério da máxima tensão circunferencial e a taxa de crescimento da trinca por uma equação modificada de Paris, que utiliza um FIT equivalente considerando os modos I e II de fratura. Os resultados são comparados com equações analíticas, resultados experimentais e numéricos extraídos da literatura, com o objetivo de demonstrar a acurácia e eficiência da metodologia adotada, bem como validar a robustez dos programas. De maneira geral, os programas de análise se mostraram extremamente eficazes, gerando resultados consistentes, mesmo com as aproximações consideradas nos modelos numéricos. / The Boundary Element Method (BEM) performs the discretization only on the boundary of the domain, which simplifies the whole process of numerical modeling of the problem, but the method presents an inconvenience when it is applied in problems of Fracture Mechanics: degeneration of the system of equations due to the presence of a crack. It is possible to overcome this difficulty with the Dual Boundary Element Method (DBEM) on the discretization of the crack, which uses two independent equations in each face of the crack that allow to solve the degeneration problem and without the necessity of remashing at each crack growth step, becoming a clear advantage over other numerical methods like the Finite Element Method in crack growth studies. The present study proposes the use of an academic software named BemCracker2D and its graphic interface named BemLab2D to simulate problems of fatigue crack growth in mixed mode (I+II). The methodology consists in construct numerical models with BemLab2D, calculate elastic stresses with the conventional BEM and then perform incremental analyses with the DBEM through the BemCracker2D. The stress intensity factors (FIT) are computed to each increment through J-integral, the crack growth direction through the maximum tangential stress criterion and the crack growth rate through a modified Paris equation, which uses an equivalent FIT considering fracture mode I and II. The results are compared with analytical equations, as well as experimental and numerical results extracted from the literature, aiming to demonstrate the accuracy and efficiency of the adopted methodology, as well as to validate the robustness of the programs. In general, the analysis programs were extremely effective, generating consistent results, even with the approximations considered in the numerical models and presenting tools that facilitate and accelerate the entire analysis process.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2018. / Submitted by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-07-04T17:06:49Z No. of bitstreams: 1 2018_AndréLuisPinto.pdf: 7347530 bytes, checksum: 8644132d31a82d1dcda301fb3c6b042b (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-07-09T18:09:39Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2018_AndréLuisPinto.pdf: 7347530 bytes, checksum: 8644132d31a82d1dcda301fb3c6b042b (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-09T18:09:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2018_AndréLuisPinto.pdf: 7347530 bytes, checksum: 8644132d31a82d1dcda301fb3c6b042b (MD5) Previous issue date: 2018-07-04 / Em situações onde a abordagem de tolerância ao dano é utilizada, é necessário prever o crescimento e a trajetória da trinca para que se possa estimar a vida de fadiga utilizando os métodos da Mecânica da Fratura. Quando uma trinca está sujeita a um único modo de abertura, esta trinca se propaga em uma direção linear, porém, em casos onde há a presença de dois ou mais modos de abertura, a trinca possui uma trajetória curva. Deste modo, o presente trabalho propõe uma metodologia para prever a trajetória de uma trinca submetida a modos mistos de carregamento utilizando um software de elementos finitos (Ansys), por meio de uma rotina escrita na linguagem APDL (Ansys parametric desing language). A inclinação incremental da trinca é calculada pelo modelo MTC (máxima tensão circunferencial). Por meio do processo interativo de integração, é possível obter os valores dos fatores de intensidade de tensão em modo misto de carregamento, que são utilizados para a previsão da trajetória da trinca e da vida do componente. A metodologia desenvolvida neste trabalho é validada por meio de ensaios de fadiga com amostras do tipo compact tension specimen, CT. O material utilizado para a fabricação das amostras foi a liga Al 7050-T7451 e os ensaios foram realizados no laboratório de fadiga da Universidade de Brasília. Os corpos de prova foram primeiramente fabricados conforme a norma ASTM E647, porém suas geometrias foram posteriormente modificadas, nos quais furos foram usinados para curvar o caminho de propagação da trinca. O método utilizado mostra excelentes resultados para o CT com a direção da laminação S-L, onde a previsão da vida pelo modelo numérico obteve um erro de −12,04% com relação a vida obtida em laboratório, e a previsão da trajetória da trinca foi muito próxima da trajetória experimental. Entretanto, para o corpo de prova com a orientação T-S não foi possível a obtenção de bons resultados devido a tendência de desvio do plano de propagação durante o crescimento da trinca. / In situations where the damage tolerance approach is used, it is necessary to predict the growth and trajectory of the crack in order to estimate the fatigue life using the methods of Fracture Mechanics. When a crack is subjected to a single opening mode, this crack propagates in a linear direction, but in cases where there are two or more opening modes, the crack has a curved trajectory. Thus, the present work proposes a methodology to predict the trajectory of a crack subjected to mixed modes of loading using a finite element software (Ansys), through a routine written in the language APDL (Ansys parametric desing language). The MCS (Maximum circumferential stress) model calculates the incremental slope of the crack. Through interactive integration process, it is possible to obtain the values of the stress intensity factors for mixed-mode loading, which are used to predict the crack trajectory and the life of the component. The methodology developed in this work is validated through fatigue tests with samples of compact tension specimen, CT. The material used to make the samples was the alloy Al 7050-T7451 and the tests were carried out in the fatigue laboratory of the University of Brasília. The specimens were first manufactured according to ASTM E647, but their geometries were later modified, in which holes were machined to bend the crack propagation path. The method used shows excellent results for the CT with the direction of lamination S-L, where the life prediction by the numerical model obtained a error of −12,04% in relation to the life obtained in the laboratory, and the prediction of the crack trajectory was very close to the experimental trajectory. However, for the specimen with the T-S orientation it was not possible to obtain good results due to deviation tendency of propagating plane during crack growth.