COMPORTAMENTO À FADIGA NA LIGA DE ALUMÍNIO 7075-T651 SOB AÇÃO DE CARREGAMENTOS DE AMPLITUDE VARIÁVEL

Abstract

A presente dissertação incide no estudo do fenómeno de fadiga em ligas de alumínio da série 7000 submetidas a histórias de deformação de amplitude variável aplicadas com sequências diferentes. Um dos principais objetivos deste estudo é avaliar adequadamente o processo de acumulação do dano de fadiga associado a cada sequência de carga e caracterizar o comportamento elasto-plástico cíclico da liga de alumínio 7075-T651 no regime de fadiga oligocíclica. Este tipo de ligas de alumínio é bastante utilizado em aplicações estruturais, como por exemplo nos setores aeroespacial e aeronáutico, devido ao facto de possuir boas propriedades mecânicas, tais como elevada resistência específica, boa tenacidade à fratura e boa resistência à corrosão. Uma vez que as solicitações dinâmicas a que estes componentes estão sujeitos podem provocar dano cíclico, por norma, estes são suscetíveis a ruírem por fadiga. Como tal, torna-se importante utilizar modelos de previsão de vida precisos. Na execução deste trabalho, realizaram-se ensaios de fadiga oligocíclica, em controlo de deformação com onda do tipo sinusoidal, que consistiram na aplicação de três blocos de amplitude constante, mas com razões de deformação distintas de modo que a deformação máxima foi mantida constante durante todo o ensaio. O primeiro bloco foi sempre simétrico, ou seja, a razão de deformação foi sempre igual a -1. No segundo e no terceiro blocos foram aplicados carregamentos assimétricos, com razões de deformação diferentes e sequências de carga alto-baixo e baixo-alto. Para uma melhor compreensão, os provetes foram divididos em dois grupos: SAB, que representa um ensaio do tipo simétrico- alto-baixo; e SBA, que representa um ensaio simétrico-baixo-alto.Inicialmente estudou-se o efeito da sequência de carga e do nível de deformação na comportamento elasto-plástico cíclico, utilizando parâmetros baseados na tensão, na deformação e na energia. Seguidamente, foram aplicados dois modelos da literatura para prever a vida à fadiga, o modelo de Coffin-Manson, e o modelo Smith-Watson-Topper, em conjunto com a lei de acumulação de dano linear de Miner. Na generalidade, os modelos descritos não conseguiram prever com exatidão a vida à fadiga, tendo resultado em valores pouco conservativos.

The present dissertation focuses on the study of the phenomenon of fatigue in aluminum alloys of the 7000 series subjected to strain histories of variable amplitude applied with different sequences. One of the main objectives of this study is to adequately evaluate the process of accumulation of fatigue damage associated with each load sequence and to characterize the cyclic elasto-plastic behavior of aluminum alloy 7075-T651 in the oligocyclic fatigue regime. This type of aluminum alloy is widely used in structural applications, such as in the aerospace and aeronautics sectors, due to the fact that it has good mechanical properties, such as high specific strength, good fracture toughness and good corrosion resistance. Since the dynamic demands to which these components are subject can cause cyclical damage, as a rule, they are susceptible to collapse due to fatigue. As such, it becomes important to use accurate life prediction models.In the execution of this work, oligocyclic fatigue tests were carried out, in deformation control with sinusoidal wave type, which consisted in the application of three blocks of constant amplitude, but with different deformation ratios so that the maximum deformation was kept constant during the entire test. The first block was always symmetrical, that is, the strain ratio was always equal to -1. In the second and third blocks, asymmetric loads were applied, with different strain ratios and high-low and low-high load sequences. For a better understanding, the specimens were divided into two groups: SAB, which represents a symmetrical-high-low test; and SBA, which represents a symmetric-low-high assay.Initially, the effect of load sequence and strain level on cyclic elasto-plastic behavior was studied, using parameters based on stress, strain and energy. Next, two models from the literature were applied to predict fatigue life, the Coffin-Manson model, and the Smith-Watson-Topper model, together with Miner's law of linear damage accumulation. In general, the described models were not able to accurately predict the fatigue life, resulting in less conservative values.