Os materiais compósitos de matriz termoplástica vem sendo cada vez mais utilizados na indústria aeronáutica. A praticidade na moldagem e o fato de serem recicláveis e assim ambientalmente amigáveis são duas das vantagens que este tipo de material apresenta sobre os compósitos de matriz termorrígida. Para serem utilizados, dois aspectos importantes de suas propriedades devem ser caracterizados, a vida em fadiga e o efeito ambiental em suas propriedades mecânicas. Sabe-se que os esforços em vôo são muito repetitivos e as diferentes condições ambientais que as aeronaves estão submetidas variam muito, desde -55 C até 80 C, com umidade muito alta ou quase seca. Atuando nesta faixa de temperatura e umidade, foi feita a determinação da resistência ao cisalhamento interlaminar, tração estática e fadiga em condições que variavam entre -55 e 80 C e com umidade absorvida de zero a 75% da umidade no ponto de saturação de absorção de água do material. Foi feita a análise fractográfica das superfícies de fratura após os ensaios mecânicos, determinando-se os modos de falha e identificando-se os aspectos fractográficos nos componentes do material, definindo-se onde o dano foi maior. De modo geral, constatou-se que o modo de falha para os ensaios em fadiga foi frágil com dano predominante na matriz, tanto na condição seca quanto úmida, para amostras à -55 C, frágil tendendo a dúctil nas amostras à 20 C, predominante na matriz e dúctil nas amostras à 80 C, predominante na interface e com dano por abrasão na matriz.

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.

Este trabalho tem como objetivo avaliar o comportamento à fadiga de algumas misturas asfálticas, à luz de resultados de ensaios de fadiga por compressão diametral à tensão controlada, realizados em corpos-de-prova, considerando-se a variação de dois fatores: tipo de asfalto e volume de vazios. Para mesmo agregado (basáltico) e mesma faixa granulométrica (centro da faixa C do DNER) foram moldados, segundo os procedimentos do método Marshall, corpos-de-prova com três tipos de ligantes, sendo um asfalto convencional (CAP 20), um asfalto modificado com polímero (CAP 20 + SBS) e um asfalto modificado com borracha reciclada de pneus (CAP + BRP), em três diferentes volumes de vazios 3, 4 e 5%. São apresentados resultados dos ensaios de resistência à tração por compressão diametral, módulo de resiliência e de fadiga. Os modelos de fadiga são apresentados em função das diferenças de tensões e de deformações. Para avaliar o desempenho relativo das misturas, foram simuladas estruturas de pavimentos, dimensionadas pelo método do DNER, para as quais foram determinadas as tensões e deformações atuantes que, por sua vez, foram utilizadas nos modelos de fadiga com a finalidade de determinar as vidas de fadiga. Os resultados indicam que, para maioria dos casos estudados, as misturas com o CAP 20 + SBS apresentaram melhor desempenho (maior vida de fadiga), seguidas pelas com CAP 20 + BRP e, por último, pelas com CAP 20 / The purpose of this research is to evaluate the fatigue behavior of some asphalt mixtures, by means of indirect tensile tests with controlled stress. In order to evaluate different asphalt mixtures, it was molded specimens according to Marshall design method, considering the variation of two factors: asphalt type and air voids. Asphalt concrete specimens were molded with three types of asphalt (conventional, polymer modified and asphalt rubber) and three air void content (3, 4 and 5%), with the same aggregate (basaltic) and same gradation (center of DNER C gradation). Test results of indirect tensile strength, resilient modulus and fatigue are presented. The fatigue models are constructed in function of the differences of stress and strain. The fatigue behavior of asphalt mixtures was evaluated based on pavement structures (designed according to DNER standards) and stresses and strains estimated with aid of ELSYM5 program. The results indicated that, for almost all studied cases, mixtures with polymer modified asphalt (CAP 20 + SBS) had presented fatigue life higher than the other ones, followed by the ones with asphalt rubber (CAP 20 + BRP) and with conventional asphalt (CAP 20)

Este trabalho tem como objetivo avaliar o comportamento à fadiga de algumas misturas asfálticas, à luz de resultados de ensaios de fadiga por compressão diametral à tensão controlada, realizados em corpos-de-prova, considerando-se a variação de dois fatores: tipo de asfalto e volume de vazios. Para mesmo agregado (basáltico) e mesma faixa granulométrica (centro da faixa C do DNER) foram moldados, segundo os procedimentos do método Marshall, corpos-de-prova com três tipos de ligantes, sendo um asfalto convencional (CAP 20), um asfalto modificado com polímero (CAP 20 + SBS) e um asfalto modificado com borracha reciclada de pneus (CAP + BRP), em três diferentes volumes de vazios 3, 4 e 5%. São apresentados resultados dos ensaios de resistência à tração por compressão diametral, módulo de resiliência e de fadiga. Os modelos de fadiga são apresentados em função das diferenças de tensões e de deformações. Para avaliar o desempenho relativo das misturas, foram simuladas estruturas de pavimentos, dimensionadas pelo método do DNER, para as quais foram determinadas as tensões e deformações atuantes que, por sua vez, foram utilizadas nos modelos de fadiga com a finalidade de determinar as vidas de fadiga. Os resultados indicam que, para maioria dos casos estudados, as misturas com o CAP 20 + SBS apresentaram melhor desempenho (maior vida de fadiga), seguidas pelas com CAP 20 + BRP e, por último, pelas com CAP 20 / The purpose of this research is to evaluate the fatigue behavior of some asphalt mixtures, by means of indirect tensile tests with controlled stress. In order to evaluate different asphalt mixtures, it was molded specimens according to Marshall design method, considering the variation of two factors: asphalt type and air voids. Asphalt concrete specimens were molded with three types of asphalt (conventional, polymer modified and asphalt rubber) and three air void content (3, 4 and 5%), with the same aggregate (basaltic) and same gradation (center of DNER C gradation). Test results of indirect tensile strength, resilient modulus and fatigue are presented. The fatigue models are constructed in function of the differences of stress and strain. The fatigue behavior of asphalt mixtures was evaluated based on pavement structures (designed according to DNER standards) and stresses and strains estimated with aid of ELSYM5 program. The results indicated that, for almost all studied cases, mixtures with polymer modified asphalt (CAP 20 + SBS) had presented fatigue life higher than the other ones, followed by the ones with asphalt rubber (CAP 20 + BRP) and with conventional asphalt (CAP 20)

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] A resistência a fadiga dos elementos estruturais pode ser limitada pela presença de trincas curtas, as quais podem passar despercebidas em inspeções não-destrutivas tradicionais. Para modelar o comportamento dessas trincas pode-se utilizar o tamanho característico das trincas curtas ao, proposto por El Haddad, Topper e Smith (ETS), que permite ajustar adequadamente os dados experimentais do diagrama de Kitagawa-Takahashi. Partindo do modelo ETS, neste trabalho se apresenta o modelo do Gradiente de Tensão (GT), desenvolvido para prever o efeito das trincas curtas que nascem em pontas de entalhes. Este modelo reconhece que trincas podem ser facilmente geradas por fadiga em entalhes afiados, que introduzem efeitos de concentração de tensão elevados nas suas pontas. Mas devido ao alto gradiente de tensão que atua em torno das pontas desses entalhes, as trincas curtas que deles emanam também podem parar de crescer por fadiga após terem se propagado por uma pequena distância, tornando-se assim trincas não-propagantes que podem ser toleradas em serviço. Corpos de prova tipo C(T) modificados foram projetados especificamente para estudar a geração e o crescimento inicial dessas trincas em ensaios de fadiga, e usados para verificar experimentalmente as previsões do modelo proposto. / [en] The fatigue strength of structural elements may be limited by the presence of short cracks, which can not be detected with traditional nondestructive inspections. The behavior of these cracks can be modeled using the characteristic size of short cracks a0, proposed by El Haddad, Topper and Smith (ETS), which allows one to properly adjust experimental data from the Kitagawa-Takahashi diagram. Based on the ETS model, this work presents the Stress Gradient (SG) model, developed to predict the effect of short cracks that grow from the notch tips. This model considers that cracks are easily generated due to fatigue in sharp notches, which introduce high stress concentration effects at their tips. Because of the high stress gradient acting at these notch tips, the short cracks can also stop to grow by fatigue after having propagated through a small distance, thereby becoming non-propagating cracks that can be tolerated in service. C(T) modified specimens were specifically designed to study the generation and initial growth of these cracks in fatigue tests, and used to experimentally verify the predictions of the proposed model.