Desenvolvimento de ferramenta numérica para propagação de fendas por fadiga usando software comercial

• Autor(a) principal: Marques, Hugo Jesus
• Data de Publicação: 2016
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10316/36919
• topic: Fendas por fadiga; Propagação de fendas; Método dos elementos finitos; Domínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Engenharia Mecânica

O fenómeno de fadiga é uma das principais causas de falha dos componentes mecânicos sujeitos a cargas cíclicas. Este fenómeno engloba três fases principais: nucleação e iniciação de fenda, propagação estável de fenda, e rotura final. Sendo um fenómeno bastante complexo e dependente de inúmeras variáveis, muita da investigação desenvolvida centra-se apenas numa das fases mencionadas. Este trabalho foca-se na fase de propagação estável de fenda. Por outro lado, devido ao crescente aumento das velocidades de processamento dos computadores da atualidade, a aplicação de métodos numéricos avançados, nomeadamente o Método dos Elementos Finitos, tem-se revelado muito eficaz no desenvolvimento de ferramentas fiáveis para estimar o tempo de serviço dos componentes suscetíveis de falhar por fadiga. Uma das abordagens numéricas mais eficientes é conhecida por técnica de remalhagem adaptativa. Contudo, esta técnica requer um conjunto muito específico de sub-rotinas, relativamente complexas, que não se encontram disponíveis nos principais softwares generalistas de elementos finitos. Nesse sentido, o objetivo principal deste trabalho é desenvolver uma ferramenta numérica que interaja com softwares comerciais de elementos finitos e que permita estudar fenómenos de propagação de fendas por fadiga de forma amigável para o utilizador. A ferramenta desenvolvida implementa um procedimento de propagação automática de fenda, baseado na técnica de remalhagem adaptativa, compatível, nesta fase, com o software comercial de elementos finitos ABAQUS. Esta aplicação informática cria um modelo tridimensional de elementos finitos; obtém o campo de deslocamentos da peça fissurada; calcula os avanços nodais da frente de fenda aplicando curvas da/dN-K; e, por fim, define uma nova frente de fenda usando funções cubic spline. Após o desenvolvimento do procedimento, procede-se à validação dos resultados numéricos, comparando-os com resultados experimentais obtidos para condições idênticas de propagação. Finalmente, o procedimento numérico é usado para estudar o efeito de diferentes variáveis (i.e. forma inicial de fenda, espessura, e expoente da lei de Paris) na evolução da forma da fenda; nos fatores de intensidade de tensão; e na vida de fadiga.