Orientador: Ana Maria Martinez Nazar

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas

Resumo: A maior parte das falhas de estruturas metálicas particularmente na indústria aeronáutica, é devido à ação de cargas cíclicas (fadiga), que podem provocar o surgimento e a propagação de trincas no material. Quando o espectro de cargas apresenta amplitudes variáveis, ocorrem efeitos de...

Resumo: A maior parte das falhas de estruturas metálicas particularmente na indústria aeronáutica, é devido à ação de cargas cíclicas (fadiga), que podem provocar o surgimento e a propagação de trincas no material. Quando o espectro de cargas apresenta amplitudes variáveis, ocorrem efeitos de interação entre a "história dq carregamento" (sequência de aplicação das cargas) e a taxa de propagação da trinca. Dentre estes efeitos de interação, o mais importante é o retardo na propagação da trinca, que pode aumentar consideravelmente a vida útil da estrutura trincada. O objetivo principal deste trabalho é analisar e quantificar o retardo na propagação de trincas em uma chapa fina da liga de alumínio de alta resistência 2024- T3, comparando os modelos matemáticos existentes para representar este fenômeno. Foram realizados ensaios do tipo sequencial alto-baixo, para diferentes tamanhos dê trinca e relação de sobrecarga (Rsc = Kmaxa/ Kmaxb). Verificou-se experimentalmente que o retardo é proporcional à Rsc, e que o efeito do retardo permanece pelo menos até que a ponta da trinca atinja o fim da zona plástica induzi da pela carga alta. Uma comparação dos resultados experimentais com os modelos de Willemborg e Wheeler mostrou que estes não representam de maneira correta o comportamento da trinca. Foi desenvolvida uma expressão para corrigir o tamanho da zona plástica para condições intermediárias entre tensão plana e deformação plana. Com esta expressão corrigida, foi possível desenvolver um modelo simplificado, baseado na teoria das tensões de fechamento da trinca, que conseguiu representar muito bem o comportamento da trinca durante o retardo, principalmente para condições de tensão plana. Finalmente, foi constatado que a teoria das tensões de fechamento também é capaz de prever as condições de parada total no crescimento da trinca.

Abstract: The majority of failures in metallic structures, especially in the aeronautic industry, are due to cyclic loads (fatigue), which can nucleate and propagate cracks through the material. In variable amplitude loading, there are interaction effects between the loading history and the crack...

Abstract: The majority of failures in metallic structures, especially in the aeronautic industry, are due to cyclic loads (fatigue), which can nucleate and propagate cracks through the material. In variable amplitude loading, there are interaction effects between the loading history and the crack propagation rate. The most important of those effects is the retardation in the crack propagation, that may raise considerably the life of the cracked structure. The main objective or this research is to analyse and quantify the retardation of crack propagation in a thin plate of the high-resistance aluminum alloy 2024- T3, comparing the results obtained from the mathematical models proposed to account for the retardation effect. The specimens were tested under a high-Iow loading sequence, for different crack sizes and overload ratios (RoI = Kmaxh / Kmax,). It was verified that the retardation is proportional to Rol, and that the models of Willemborg and Wheller couldn't represent correctly the crack behaviour after the transition to the low level loads, because the retardation was observed at least until the crack tip reached the end of the plastic zone due to the high loads. It was proposed an expression to correct the plastic zone size for conditions between plane stress and plane strain. With that corrected expression, and based on crack closure theory, it was proposed a simplified model, that represent with good precision the crack behaviour during retardation, particularly for plane stress conditions. Finally, it was also verified that the crack closure theory allows the prediction of crack arrest conditions.