[pt] Neste trabalho são investigadas experimentalmente e numericamente as
mudanças de geometria em trincas inicialmente passantes submetidas a
carregamento remoto de flexão pura induzindo fechamento parcial das faces da
trinca. Esse crescimento de trinca pode ocorrer numa variedade de estruturas com
defeitos pré-existentes, tais como fuselagens de aviões, cascos de navios, vasos de
pressões e pontes metálicas. O carregamento de flexão pura ocasiona regiões de
tração e compressão na frente da trinca. É inquestionável que parte das faces da
trinca sob compressão fecha independentemente de qualquer mecanismo de
fechamento; e outra parte das faces da trinca, por outro lado, sob tração cresce
mudando gradualmente de geometria. Após realizar ensaios em corpos-de-prova
de aço ASTM A-36, foi observado que tais carregamentos geram uma quina na
frente da trinca, que é a transição de uma geometria parcialmente passante e um
trecho remanescente da geometria inicial. Para entender a distribuição do fator de
intensidade de tensão em tais frentes de trinca, suas geometrias foram
reproduzidas em um modelador tridimensional de mecânica da fratura linear
elástica, o FRANC3D, acoplado a um programa de análise de elementos finitos
(ABAQUS). Com este sistema acoplado, foram executadas análises considerando
efeitos não lineares causados pelo contato das faces da trinca sob compressão.
Verificou-se a necessidade de propor metodologias para tratamento dos resultados
numéricos na quina, obtendo-se predições eficientes das mudanças na geometria
da trinca. Contudo, a estimativa de vida, quando se compara taxas de crescimento
da trinca obtidas em um corpo-de-prova sob tração cíclica e as taxas em um
corpo-de-prova sob flexão com fechamento parcial da trinca, foi melhor
reproduzida usando um fator de correção de fechamento da trinca.
Adicionalmente, uma série de expressões empíricas normalizadas para geometrias
da trinca e fatores de intensidade de tensão são propostas. / [en] This work investigates experimentally and numerically how the front of
initially through edge cracks in plate changes after they pass to be remotely
fatigue loaded under pure bending to induce partial closure of the crack faces.
This type of crack growth problem can occur in a variety of structures with preexisting
defects, such as aircraft fuselages, ship hulls, pressure vessels
components, and steel bridges. The bending loads induce tension and compression
regions along the crack front, with the part of the crack faces that work under
compression undoubtedly closed by the load, independently of any other closure
mechanism. The part of the crack faces that work under tension; on the other
hand, crack grows by fatigue gradually changing its shape. After performing tests
on ASTM A36 steel specimens, it was observed that the bending load induces a
kink on the crack front, in the transition between the part through crack created on
the tension side and initial crack geometry. To understand the distribution of the
stress intensity factor along such crack fronts, the measured crack shapes were
reproduced in a three-dimensional fracture mechanics modeler (FRANC3D)
coupled to a finite element analysis program (ABAQUS). With this coupled
system, linear elastic stress analysis simulations were performed considering the
nonlinear effects caused by the crack face contact in the compressed region. In
particular, methods had to be proposed to treat numerical noise around the kink.
The proposed methodology efficiently predicts the observed crack front shape
changes; although the observed fatigue lives were better reproduced using a crackclosure
correction factor when compared to crack growth data obtained from
standard compact tension specimens. In addition, a series of normalized empiric
expressions for both crack front shapes and stress intensity factors are proposed.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:23847 |
| Date | 07 January 2015 |
| Creators | SILVIA CORBANI |
| Contributors | LUIZ FERNANDO CAMPOS RAMOS MARTHA |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | TEXTO |
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