Previsão de vida à fadiga em componentes mecânicos com entalhes severos sujeitos a carregamentos multiaxiais de flexão-torção combinada

Abstract

As ligas de alta resistência apresentam uma vasta gama de propriedades deveras interessantes para componentes em engenharia. Mais concretamente, a liga de alta resistência DIN 34CrNiMo6, que será alvo de estudo no presente trabalho, apresenta elevada ductilidade, alta temperabilidade, tenacidade e resistência. Estas propriedades, fazem desta liga uma excelente escolha para a produção de elementos críticos, tais como: veios, eixos, pinhões, barras de torção, componentes aeronáuticos, entre muitos outros. Sendo estes materiais utilizados, na maioria dos casos, sob condições severas de serviço e ainda com carregamentos combinados e de forma aleatória, e que por razões de projeto na maioria dos casos, apresentam descontinuidades geométricas que causam concentrações de tensões, o que torna a situação ainda mais crítica na região do entalhe e que ao final de um determinado número de ciclos levarão o material à rotura por fadiga. Deste modo, é importante e através de um modelo numérico prever a vida à fadiga de forma fiável.O principal objetivo da presente dissertação passa por estudar o comportamento da liga DIN 34 CrNiMo6, com entalhes severos e sujeita a carregamentos combinados de flexão-torção, mais especificamente, para duas relações (B=T e B=2T). Foram ainda variados os ângulos de aplicação de carregamento para 0º, 45º e 90º. Para a constituição da malha de elementos finitos para a simulação numérica, representativa do provete em estudo, foi utilizado um modelo elasto-plástico. A previsão de vida foi estudada através de um modelo baseado na energia de deformação (Ellyin, 1997).Os resultados obtidos foram, no geral, bastante satisfatórios em comparação com resultados experimentais, e também com modelos linear-elásticos.

High strength alloys have a wide range of interesting properties for engineering components. In specific the high strength alloy DIN 34CrNiMo6, which will undergo study in this work, presents itself to be a material which high ductility, hardenability as well as tenacity and toughness. These properties make this alloy an excellent choice for the conception of critical elements such as, shafts, pinions, torsion rods, aeronautical components and so on. In most cases, this type of materials is used under sever operating conditions with random combined loadings, which means that sometimes, because of the project conception, they are designed to have geometric discontinuities which cause stress concentration. This situation is more critical under the region of a notch and after a number of work cycles this situation will lead to fatigue failure. By this being said it is important to predict, in a reliable way, the components fatigue life cycle, and a way of studying this is through a numerical model.The main goal of the work is the analysis of the behaviour of the DIN 34CrNiMo6 alloy with sever notches under combined loadings of torsion-bending, specifically for two relations (B=T and B=2T). The loading application angle was studied for the values of 0º, 45º and 90º. For the construction of the finite element mesh of the numerical simulation, which describes the sample in study, an elastic-plastic model was utilized, having the prediction of the life cycle been studied through a strain energy based model (Ellyin, 1997).The obtained results were, in general, satisfactory in comparison with the experimental results as well as the linear-elastic models.