Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2017. / Texto parcialmente liberado pelo autor. Conteúdo restrito: Capítulos 4 e 5. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2018-01-04T18:22:52Z
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Previous issue date: 2018-02-20 / A fadiga por fretting está relacionada com o processo de dano, localizado na fronteira de contato entre dois corpos submetidos a cargas de fadiga. A previsão desse fenômeno é de grande importância na análise, por exemplo, da vida de lâminas de discos de turbinas. Na fadiga por fretting, o campo de tensão é máximo na superfície de contato, sendo observado um alto gradiente de tensão sob essa superfície. A diferença de escala entre experimentos realizados em laboratórios e os sistemas industriais, motivaram, nessa pesquisa, uma investigação da influência do efeito de tamanho na previsão de vida em fadiga por fretting. Para quantificar o efeito do gradiente de tensão e o efeito de tamanho, diferentes testes foram realizados na Universidade de Brasília em um equipamento servo-hidráulico com dois atuadores especialmente desenvolvido para ensaios de fadiga por fretting. Os parâmetros de testes foram definidos de forma que induzissem diferentes gradientes de tensão nos corpos de prova e posteriormente foram ajustados de modo que o volume solicitado sob a região de contato fosse o mesmo. Após os ensaios, para investigar os mecanismos de dano, os corpos de prova foram analisados por meio de um microscópio confocal laser. Foi demostrado nesta tese que para a liga Ti-6Al-4V, uma abordagem não local, baseada no campo de velocidades em uma determinada área ao redor da região de contato consegue prover boas previsões de vida em fadiga por fretting. Uma análise da influência das forças de fadiga nos processos de iniciação e propagação de trincas foi realizada e indicaram que essas forças não podem ser negligenciadas. De fato, se cerca de 75% dos mecanismos de iniciação de trinca em fadiga por fretting são controlados por tensões de contato (cisalhantes e pressão de contato) a consideração das tensões normais possibilita realizar previsões de vida mais realistas. O estudo do efeito do tamanho foi dividido em duas fases. A primeira investigou a influência do volume solicitado, reduzindo a largura de contato, porém, o gradiente de tensão sob a área de contato e a área de dano dentro da zona de deslizamento foram mantidas constantes. Na segunda, mantendo os parâmetro experimentais σB,max/p0 e Q/fP constantes, a influência da área de dano no interior da zona de deslizamento foi isolada enquanto que a área de dano sob a zona de deslizamento foi reduzida. Os resultados experimentais foram analisados utilizando o critério de fadiga da Curva Modificada de Wöhler em conjunto com a Teoria da Distância Crítica. Foi observado que nenhum desses dois parâmetros influenciam significativamente a vida em fadiga por fretting. Assim, o termo “efeito de tamanho” deve ser analisado somente com base no efeito do gradiente. / Fretting fatigue refers to the damage process localized at the frontier of the contact between two contacting bodies subjected to fatigue loadings. The prediction of this phenomenon is of major importance in determining, for instance, the lifetime of fan’s disk. In the vicinity of the contact front, the stress field inherited from the contact loads is maximal at the surface and displays a strong gradient under the contact. The difference of scale between the laboratory’s experiments and the industrials’ system motivated the study of the impact of the size effect for the determination of the lifetimes. To quantify the effect of the stress gradient and of the size effect, tests were carried out on a two vertical-actuators fretting-fatigue rig at the University of Brasilia, with experimental conditions ensuring different stress gradient and later different volume solicited under the contact. Damage mechanisms were studied using post-mortem analysis with a confocal microscope on some contact elements tested. It was shown on this thesis, for a Ti-6Al-4V alloy, that a nonlocal approach, based on equivalent velocity field on a determined area around the contact, leads to good expectation for the determination of fretting fatigue lives. The influence of the bulk stress for the description of the fretting fatigue crack initiation and propagation was also determined and it appears that it could not be neglected for the determination of the crack initiation boundary. As a matter of fact, if around 75% of the crack initiation mechanism in fretting fatigue is controlled by the contact stresses, i.e. shear stress and contact pressure, the consideration of the normal stress allows to obtain more realistic prediction. The study of the size effect was divided into two phases. First the influence of the volume stressed was investigated by reducing the width of the contact but maintaining the stress gradient under the contact and the damaged area within the slip zone constant. Then, the influence of the damaged area within the slip zone was isolated by maintaining the experimental parameters, i.e. σB,max/p0 and Q/fP, constant while the damaged area under the slip zone was reduced. The experimental results were analysed by applying a fatigue criterion, the Modified Wöhler Curve Method, in conjunction with the Theory of the Critical Distance. It was found that none of these two parameters influences significantly the fretting fatigue lifetimes, and so the term ‘size effect’ usually referenced in the literature as a damaging effect should refer only to the gradient effect.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.unb.br:10482/31283 |
| Date | 26 September 2017 |
| Creators | Ferry, Barbara Marie Céline |
| Contributors | Araújo, José Alexander, Pommier, Sylvie |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Inglês |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UnB, instname:Universidade de Brasília, instacron:UNB |
| Rights | A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data., info:eu-repo/semantics/openAccess |
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