TRANSIÇÃO DE TRINCAS BIDIMENSIONAIS PARA UNIDIMENSIONAIS

A falha por fadiga nas estruturas e um problema muito comum que é caracterizado pela geração ou propagação paulatina de uma ou varias trincas e causada pela aplicação cíclica de cargas variáveis. A propagação das trincas bidimensionais tem sido estudada através de diferentes métodos numéricos que ajudam a descrever aproximadamente o valor do fator de intensidade de tensões ao longo da frente da trinca que é o parâmetro que controla a propagação. Porém, existem algumas expressões analíticas para trincas bidimensionais fornecidas na literatura que ajudam a descrever os fatores de intensidade de tensão e . Estas equações estão limitadas a diversos fatores de forma que relacionam as características geométricas da peça, espessura, largura e o tipo de entalhe já que as trincas bidimensionais mudam de aspecto a cada ciclo de carga. Contudo o processo de transição não tem sido acompanhado por estudos experimentais nem analíticos. Em especial, esta situação ocorre devido a que a transição acontece em poucos ciclos o que dificulta a sua medição. Esta pesquisa tem como objetivo geral estudar o processo de transição das trincas bidimensionais para unidimensionais com a utilização de um material transparente e com boas propriedades mecânicas como e o policarbonato. Experimentalmente, as trincas de fadiga bidimensionais se propagam em corpos de prova retangulares com defeito quarto - elíptico e são controladas sob condições de variável e baixa freqüência. Para calcular a vida total de uma trinca por fadiga, é preciso também modelar a transição. Foram tomados valores de comprimento experimentais a, c e c’ no processo de transição que nos permitem avaliar as taxas , e calculados os fatores de intensidade de tensão que controlam a transição. Os valores experimentais são também usados como dados de entrada num programa de análise numérica de propagação de trincas, o FRANC3D, o qual nos permite calcular os fatores de intensidade de tensão ao longo da frente da trinca quarto - elíptica.The fatigue failure of structures is a common problem that is characterized by the generation and propagation of one or several cracks caused by the cyclic application of variable loads. A crack is considered one-dimensional when the trajectory can be represented by a curve, as in the case where a surface crack pierces the entire thickness of a piece. If the crack penetrates partially in the specimen, it is considered to be two dimensional. Mathematical and physical models for simulating one-dimensional crack propagation by fatigue are widely known, and the main parameter that controls crack propagation is the stress intensity factor. However, the simulation of two-dimensional crack propagation has not yet reached the same state of development. There are some empirical expressions for two-dimensional cracks provided in the literature that help describe the stress intensity factors. These equations are limited to various form factors that relate the stress intensity to the geometrical characteristics of the piece. Also there are numerical methods that help describe some of the values of stress intensity factor along the crack front of a two-dimensional crack. An important question in calculating the total life of fatigue crack is describing the transition from a crack partially penetrating (two dimensional) for a one-dimensional (passing crack), because to calculate the total life of a fatigue crack is also necessary to model the transition. However, this process of transition has not for many geometries been described by analytical or experimental studies. One reason for this is that the transition often happens in a few cycles of load application, which complicates measurements. This research was aimed at investigating the process of transition from the two-dimensional crack to a one-dimensional crack with the use of polycarbonate a transparent material with good mechanical properties, polycarbonate. Experiments were conducted involving crack propagation in plates with a rectangular cross section. In each experiment, a crack was induced as a defect with a quarter-elliptical shape in one corner of the specimen. The propagation affected by the application of a low-frequency cyclic loading. Values of characteristic lengths of the two-dimensional shape of the crack (a, c and c ) were measured during the transition process, which allowed us to evaluate the rates of change of these parameters with the number of cycles N applied load and to evaluate the normalized stress intensity factors that control the transition. The experimental values are also used as input to a program for numerical analysis of crack propagation, the FRANC3D, which allows us to calculate the stress intensity factors along the front quarter-elliptical crack