Modeling fatigue crack opening and closing phenomenon by finite element method.

O trabalho apresenta uma metodologia para a simulação de abertura e fechamento de trinca, durante o processo de propagação, utilizando um programa comercial de elementos finitos. Este programa é utilizado para determinar os fatores de intensidade de tensão de abertura e fechamento de trinca. É apresentado o modelo de Newman que serve de embasamento para o desenvolvimento da metodologia de liberação de nós na carga mínima, utilizada no trabalho para a propagação da trinca. São avaliados quatro tipos de corpos de prova SE-(B) (corpo de prova de três pontos de apoio submetido a flexão), SE-(T)(corpo de prova com trinca lateral submetido a tração), M-(T) (corpo de prova com trinca central submetido a tração) de uma liga de alumínio Al 2024-T351 e um aço bifásico ( ferrita + martensita). Um corpo de prova do tipo C-(T) (corpo de prova compacto submetido a tração) de aço bifásico também foi avaliado. Os corpos de prova SE-(B), SE-(T) e M-(T) da liga de alumínio Al 2024-T351 foram submetidos a carregamentos de amplitude constante, com razões de carga R = 0 e R = 0,5. Os resultados das análises são comparados com resultados do código FASTRAN, principal código numérico utilizado para simular abertura e fechamento de trinca por plasticidade induzida, através de uma normalização dos fatores de intensidade de tensão máxima e de abertura da trinca. Os resultados numéricos com o corpo de prova C-(T) submetido a carregamento de amplitude constante, com razão de carga R = 0,1 foram comparados com resultados de ensaio, objetivando validar o fator de intensidade de fechamento de trinca obtido através da análise numérica. Essa comparação é feita através de normalização numérica e experimental do fator de intensidade de tensão de fechamento de trinca com o fator de intensidade de tensão máxima. A metodologia de simulação de propagação de trincas, já aplicada na industria aeronáutica, pode ser aplicada em outras áreas como, por exemplo, na indústria automotiva, uma vez que o consumidor está cada vez mais exigente e o desenvolvimento de novos critérios de projeto se faz necessário.The work introduces a methodology to simulate fatigue crack opening and closing during crack propagation, using a commercial finite element code. This code is used to determine the crack opening and closure stress intensity factors. The Newman model is used as a baseline to develop the methodology. The nodes are released at the minimum load, during the crack propagation process. Four kinds of specimens SE-(T) ( Single Edge Tension), SE-(B) ( Single Edge Bending), M-(T) ( Middle Tension) of the an aluminum alloy Al–2024-T351 and a dual phase steel (ferrite + martensite) were evaluated. A compact tension specimen C-(T) of a dual phase steel was evaluated. The aluminum alloy specimens, SE -(T), SE-(B) and M-(T), were evaluated under constant amplitude loading with load ratios R = 0 and R = 0.5. The results of these analyses are compared with the results of FASTRAN, principal numerical code used to simulate crack opening and closing plasticity induced by, normalizing the opening stress intensity factor. The numerical results from a C-(T) specimen, under constant amplitude loading and a load ratio R = 0.1, were compared with results from a test performed in the laboratory. The numerical and experimental closure stress intensity factors are normalized with the maximum stress intensity factor. Crack closure simulations are currently used in the aircraft industry. They are now being incorporated in same automotive and other ground vehicle fatigue analysis procedures