Comportamento à fadiga de aços estruturais

Data
2014
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Resumo
Este trabalho tem como objetivo a caracterização do comportamento à fadiga de aços estruturais, nomeadamente os aços S235 e S355. Em particular, pretende-se caracterizar o comportamento elasto-plástico cíclico e a resistência à fadiga, com base em relações deformação-vida. Também se pretende caracterizar as taxas de propagação de fendas de fadiga para estes materiais. Igualmente pretende-se comparar o comportamento destes materiais com resultados semelhantes publicados na literatura para os aços estruturais S355 e S690. Desta forma procurar-se-á avaliar a influência da resistência estática dos aços estruturais no seu comportamento à fadiga, tendo em conta uma gama significativa de aços estruturais, com resistências estáticas que variam desde 235 MPa até 690 MPa. Relativamente ao aço S235, o mesmo foi sujeito a um estudo de propagação de fendas em modo misto (I+II), recorrendo a provetes CT modificados com um furo lateral. Com vista à análise de resultados experimentais proposta para estes provetes, foi construído um modelo de elementos finitos paramétrico do provete CT que possibilitou a avaliação da história dos fatores de intensidade de tensões para a trajetória da fenda medida. O mesmo modelo também foi usado para prever a trajetória da fenda, usando critérios de orientação da fenda disponíveis na literatura. Com respeito ao aço S355 foram testados provetes CT com espessuras distintas de modo a permitir verificar a influência da espessura nas taxas de propagação de fendas de fadiga. De um modo geral, constatou-se que os aços S235 e S355, considerados aços ao carbono ou aços macios, apresentam comportamentos à fadiga muito próximos entre si, mas significativamente diferentes do comportamento do aço S690, este último considerado um aço de alta resistência. Relativamente ao comportamento deformaçãovida baseado em ensaios de provetes lisos, nota-se uma rotação das curvas deformaçãovida no sentido anti-horário com o aumento da resistência estática do aço. Relativamente às velocidades de propagação dos aços, constatou-se que o aço de alta resistência estática apresentou velocidades de propagação de fendas superiores e maior sensibilidade à razão de tensões do que os aços macios.
This work aims at characterizing the fatigue behaviour of structural steels, namely the S235 and S355 steels. Particularly, the cyclic elastoplastic behaviour as well as the fatigue behaviour based on smooth specimens test data are aimed. In addition, fatigue crack growth rates evaluation for the referred steels is also a goal of this work. A comparison between the referred materials and published data for the S355 and S690 structural steels will be followed in this study. With this investigation, the influence of the static strength of the structural steels on their fatigue properties, covering a wide range of structural steels with yield strengths ranging between 235 and 690 MPa is aimed. With respect to the S235 steel, besides the pure Mode I fatigue crack propagation testing, mixed-mode (I+II) fatigue crack propagation tests were performed using a modified CT specimen with a side circular hole. The analysis of results for these tests required numerical simulation to compute the Mode I and Mode II stress intensity factors for a given/measured crack path, which was performed using a parametric finite element model. The same models were used to predict the crack path using crack branching criteria available in the literature. Concerning the S355 steel, CT specimens with distinct thicknesses were tested in order to allow the assessment of the thickness influence on the fatigue crack growth rates. In general, both S235 and S355 steels are understood as carbon or mild steels, showing fatigue behaviours very close to each other and significantly distinct from the fatigue behaviour of the S690 steel, the latter material being considered a high strength steel. Concerning the strain-life behaviour, based on smooth specimens’ data, it is observed a counter-clock wise rotation of the strain-life curves with increasing static strength of the steels. Regarding the fatigue crack growth rates, the S690 steel shows higher fatigue crack growth rates than mild steels, as well as fatigue crack growth rates more sensitivity to the stress ratio.
Descrição
Dissertação de Mestrado em Engenharia Mecânica
Palavras-chave
Fadiga dos materiais , Aço
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