Análise da propagação de fendas por fadiga baseada no CTOD para a liga 2050-T8 AA

Abstract

O estudo da fadiga em componentes e/ou estruturas sujeitos a esforços dinâmicos é bastante importante. Para uma melhor compreensão o seu estudo passa pela exploração de carregamentos mais simples, nomeadamente espetros de amplitude constante, ou de espetros de amplitude variável contendo sobrecargas e blocos de carga. No contexto da análise de fendas por fadiga utiliza-se, geralmente, a relação da/dN -ΔK. No entanto, ΔK quantifica a solicitação elástica na extremidade de fenda o que não está totalmente correto pois não traduz corretamente a deformação ocorrida. Devido a essa limitação começou-se por utilizar um parâmetro que contemplasse a deformação elástica, o parâmetro de deslocamento de abertura de extremidade de fenda, CTOD. Na presente dissertação procura-se estudar a propagação de fendas por fadiga na liga de alumínio2050-T8 através da análise de CTOD. Para tal, recorreu-se a um programa de simulação numérica de elementos finitos (DD3IMP). Este foi o primeiro estudo realizado em que foram feitas previsões para diferentes comprimentos de fenda. Foi realizada uma modelação cuidada das características elasto-plásticas do material de modo a obter de resultados mais exatos. Numa primeira fase estudou-se o efeito dos parâmetros numéricos na componente plástica de CTOD. Observou-se a existência de uma relação de tendência definida entre ΔK e a componente plástica, CTODp, mas que depende do comprimento de fenda. As curvas relação da/dN –CTODP foram depois obtidas em tensão e deformação plana, com 2 e 5 de carga entre propagações. A curva obtida em deformação plana com 5 ciclos de carregamento foi posteriormente utilizada para prever o efeito de carregamentos de amplitude constante e carregamentos de amplitude variável com a aplicação pontual de sobrecargas e com blocos de carga.

The study of fatigue in components and/or structures subjected to dynamic efforts is quite important. For a better understanding of their study, the exploration of simpler loads, namely constant amplitude spectra, or variable amplitude spectra containing overloads and load blocks. In the context of the fatigue crack analysis, a ratio of da/dN-ΔK is generally used. However, ΔK quantifies the elastic part in the crack tip which is not correct because does not translate correctly the occurred deformation. Due to this limitation a new concept has been used, a parameter which contemplates the plastic deformation, the crack tip open displacement parameter, CTOD.In the present thesis, it is intended to study the propagation of fatigue craks in the aluminum alloy 2050-T8 through CTOD analysis. For this, a numerical program of finite elements (DD3IMP) was used. This was the first study conducted in which predictions were made for different slit lengths. A careful modeling of the elastoplastic characteristics of the material was carried out in order to obtain more accurate results. In a first phase the effect of the numerical parameters in the plastic component of CTOD was studied. The existence of a defined trend relation between ΔK and the plastic component, CTODp, was observed but depends on the slit length. The ratio curves da/dN-CTODp were then obtained in tension and flat deformation, with 2 and 5 load between propagations. The curve obtained in flat deformation with 5 charging cycles was later used to predict the effect of constant amplitude loads and variable amplitude loads with the point and overload application of load blocks.