Estudo da propagação de trinca por fadiga no aço 1045 laminado : experimentos e modelagem

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2021.O objetivo deste trabalho é investigar a propagação de trinca por fadiga no aço 1045 laminado. Foram realizados experimentos em corpos de prova do tipo C(T) submetidos a carregamento cíclico de amplitude constante. Os dados de taxa de propagação de trinca vs. variação do fator de intensidade de tensão foram obtidos para razões de carregamento iguais a 0,1, 0,4 e 0,7. A modelagem da propagação de trinca foi realizada com a abordagem de Jiang. Esta abordagem baseia-se na determinação das tensões e deformações na vizinhança da ponta da trinca usando um modelo elastoplástico e na estimativa do dano acumulado por meio de um critério de fadiga multiaxial. Adotou-se, neste trabalho, o modelo de plasticidade cíclica de Chaboche e a versão multiaxial do critério de fadiga de Smith, Watson e Topper. As constantes do modelo elastoplástico e do critério de fadiga foram obtidas por meio de ajuste a dados de experimentos conduzidos em controle de deformação axial. Também foi feito um estudo para determinar se o problema tridimensional aproxima-se mais de um estado plano de tensão ou de deformação quando tratado de forma bidimensional, além de um estudo de convergência de malha que chegou à conclusão de que o tamanho do elemento finito interfere no resultado. A abordagem de Jiang estimou, de forma satisfatória, a taxa de propagação de trinca no aço 1045 para a maioria dos casos.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).The aim of this work was to investigate fatigue crack growth in 1045 steel. Experiments were performed on C(T) specimens subjected to constant amplitude loading. Stress intensity factor range vs. crack growth rate data were obtained for R-ratios (minimum load over maximum load) of 0.1, 0.4 and 0.7. Crack growth was modeled by using the approach proposed by Jiang, which is based on (i) the determination of stresses and strains in the vicinity of the crack tip using a cyclic plasticity model and on (ii) the estimation of accumulated damage using a multiaxial fatigue criterion. Chaboche model was adopted to simulate the plastic behavior, and the Smith-- Watson--Topper parameter to estimate fatigue damage. The constants of the plasticity model and of the fatigue criterion were obtained by fitting data from experiments conducted under axial strain control. It was also made a study to verify if the tridimensional problem can be represented as a plane stress or plane strain. It was observed that the length of the finite element has an influence on the crack growth rates. Crack growth rates were found to be in good agreement with the predictions for most of the situations