Material da Universidade Petrobras sobre Mecânica da Fratura e Análise de FalhasDescrição completa
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Para estudiosos futuristas!
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CADERNO DE DE EXERCÍCIOS: EXERCÍCIOS: MECÂNICA DA FRATURA FRATURA E ANÁLISE DE FADIGA: FUNDAMENTOS E MODELAGEM
Exemplos extraídos do treinamento de práticas de fadiga da nCode
Fadiga do Clip de Papel Flexione clips de papel 90 graus repetidamente e conte o número de ciclos até a falha. •
Perguntas • Qual é a vida média? • Qual a distribuição usada? • Pode-se estimar a vida – –
a partir de um ensaio? analiticamente?
Exemplos extraídos do treinamento da nCode
Tensão de projeto
Perguntas: • •
Você está projetando um componente que não pode falhar. Qual é a tensão de projeto? Quais as hipóteses feitas?
Curva S-N (Tensão x Vida)
• Perguntas: •
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Qual é a vida para uma tensão de 200MPa? E para 100 Mpa? Estime a curva S-N graficamente. Qual o maior erro a partir da tensão média?
Tensão Média
Dados: • •
Su = 200 Mpa Se = 100 Mpa
• Perguntas: •
•
Um corpo de prova carregado repetidamente entre 40 MPa e 160 MPa sobreviveria? Qual a amplitude da tensão equivalente (com média zero) para carregamento cíclico de média 80 MPa e uma amplitude de 80 MPa?
Análise S-N Dados • • •
Aço: UTS= 1000 MPa (145 Ksi) Carregamento: -300 MPa a 700 MPa Use os gráficos na próxima página
Perguntas Gerar a curva SN baseado na UTS (Usar: .9UTSx1e3 e .5UTSx1e6) • Qual é a vida quando não há correção da média? • Qual é a vida quando o acabamento superficial é do tipo “hot-rolled”? (supondo que não há correção da média?) • Qual é a vida supondo a correção da tensão média de Goodman (e que o acabamento é “hot-rolled”)? •
Use o gráfico e verifique com as equações de Ramberg-Osgood: Perguntas • Qual é a tensão no primeiro ponto de reversão? • Qual é a tensão máxima depois que o material estabilizou? • Qual é a faixa (range) de tensões como ciclo estabilizado?
Contagem de ciclos (Rainflow Cycle Counting) Histórico de deformação registrado por um extensômetro (strain gage)
Perguntas • Faça a contagem rainflow do histórico usando o formato Faixa-Média (RangeMédia) • Desenhe os menores ciclos no gráfico (o maior loop está apresentado no gráfico acima) • Desenhe os ciclos (loops) de tensão deformação locais se o histórico de entrada veio de um cálculo FEA elástico.
Contagem de ciclos (Rainflow Cycle Counting)
Contagem de ciclos (Rainflow Cycle Counting)
Iniciação de trinca (Strain-Life Analysis) Um componente é sujeito a histórico de deformações nominais elástico. • Modele a resposta tensão-deformação local usando a regra de Neuber e a hipótese de Masing para calcular o dano considerando a repetição do histórico e a vida em fadiga para iniciar a trinca usando a regra de Miner. •
Carregamento: o histórico de deformações nominais
•
Geometria: componente com um furo circular. Hipótese: Kf=Kt = 3
Iniciação de trinca (Strain-Life Analysis) Material: • •
Aço com as seguintes propriedades cíclicas do material: E=205000 MPa K’=1200 Mpa Kt=3 n’=0.2
Trace a tensão-deformação para determinar os ciclos fechados
Iniciação de trinca (Strain-Life Analysis) • Plote : comportamento tensão-deformação
Iniciação de trinca (Strain-Life Analysis) •
Material Considere a curva E-N e os parâmetros de Smith Topper Watson (Tensão Max X deformação) versus Vida
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Calcular o dano para cada ciclo baseado no parâmetro de SWT
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Iniciação de trinca (Strain-Life Analysis)
Propagação de trinca
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Suponha que um componente projetado com a liga de alumínio 2024-T3 tem uma trinca de comprimento a, e é submetido a carregamento cíclico com R=0 e faixa (range) de tensões igual a 50% da tensão de escoamento do material.
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O componente tem uma largura w de 0.5 m, e espessura de 0.02 m. As propriedades do material 2024-T3 estão listadas na tabela 1.
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O fator de intensificação de tensões para esta geometria é:
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Onde
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Nota: suponha que a/w é pequeno e Y=1.1
Propagação de trinca
• •
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Tabela 1 1)Supondo que Y=1.1 e que a tensão máxima equivale a 50% da tensão de escoamento, calcule o tamanho crítico da trinca. 2)Determine o número de ciclos para uma faixa de tensões nominais de 100 MPa para que uma trinca de tamanho inicial 2mm (0.002 m) cresça até o tamanho final 10 mm (0.010 m). Use a equação
3)O que causa maior impacto na vida : um trinca de comprimento inicial de 1mm ou uma trinca de tamanho final 15 mm?
