Fatigue life of 1045 steel with an artificial small defect : experiments and modeling based on small crack growth

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Santos, Nathalia Manes
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Institucional da UnB
Texto Completo: http://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/48638
Resumo: Dissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2023.
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spelling Fatigue life of 1045 steel with an artificial small defect : experiments and modeling based on small crack growthVida à fadiga do aço 1045 com um microdefeito artificial : experimentos e modelagem baseada em crescimento de trincas pequenasAço - estruturasFadiga (Mecânica)Trincas - medição (Mecânica de fraturas)Dissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2023.Uma parte significativa da vida à fadiga dos materiais consiste no crescimento de pequenas trincas. Apesar do progresso na compreensão do crescimento de pequenas trincas de fadiga nos últimos 50 anos, ainda é um tema fundamental e ativo na pesquisa de fadiga. Nesse contexto, os objetivos do presente trabalho foram: (i) caracterizar experimentalmente o crescimento de pequenas trincas em aço carbono SAE 1045 com um pequeno defeito superficial quando submetido a carga cíclica e (ii) avaliar a precisão dos modelos de crescimento de pequenas trincas na previsão da vida útil à fadiga. Amostras cilíndricas com um furo cilíndrico artificial (com diâmetro e profundidade de 400 µm) foram submetidas a carga axial cíclica sob razões de carga de -1 e 0.1. Os testes foram conduzidos no regime de fadiga de alto ciclo, com vidas variando de 104 a 107 ciclos. O crescimento da trinca nas proximidades do furo foi monitorado interrompendo periodicamente os testes e medindo o comprimento da trinca usando um microscópio confocal à laser. O método polinomial incremental foi então utilizado para obter a taxa de crescimento da trinca em relação ao seu comprimento. Uma forma modificada do modelo de Fatemi para a taxa de crescimento de pequenas trincas foi desenvolvida substituindo o parâmetro Smith–Watson–Topper por um parâmetro do tipo Walker. As constantes do modelo foram determinadas ajustando os dados de crescimento de trincas obtidos sob carga uniaxial. Para verificar a precisão das previsões de vida útil à fadiga sob carga multiaxial, foram utilizados dados de teste axial/torcional previamente produzidos pelo grupo de pesquisa em Fadiga, Fratura e Materiais da Universidade de Brasília. Os dados incluíam condições de carga em fase e fora de fase, assim como a presença de tensão média. Foi demonstrado que o uso do parâmetro do tipo Walker proporcionou estimativas de vida útil aprimoradas, especialmente para os testes envolvendo tensão média. A maioria das estimativas de vida à fadiga estava dentro de um fator de 3 em relação às vidas medidas.A major portion of the fatigue life of materials consists of the growth of small cracks. Despite the progress in understanding small fatigue crack growth over the last 50 years, it remains a fundamental and active research topic in fatigue. In this context, the aims of the present work were twofold: (i) to experimentally characterize the small crack growth of SAE 1045 carbon steel with a small surface defect when subjected to cyclic loading and (ii) to assess the accuracy of small crack growth models in predicting fatigue life. Cylindrical specimens with an artificial cylindrical hole (diameter and depth of 400 µm) were subjected to cyclic axial loading under load ratios of -1 and 0.1. The tests were conducted in the high-cycle fatigue regime, with lives ranging from 104 to 107 cycles. Crack growth in the vicinity of the hole was monitored by periodically interrupting the tests and measuring the crack length using a confocal laser microscope. The incremental polynomial method was then used to obtain the crack growth rate vs. crack length. A modified form of the Fatemi model for small crack growth rate was developed by substituting the Smith–Watson–Topper parameter for a Walker-type parameter. The constants of the model were determined by fitting the small crack growth data obtained under uniaxial loading. To verify the accuracy of fatigue life predictions under multiaxial loading, axial/torsional test data previously produced by the Fatigue, Fracture, and Materials research group of the University of Brasília were used. The data included in-phase and out-ofphase loading conditions and the presence of mean stress. It was demonstrated that using the Walker-type parameter yielded improved life estimates, especially for the tests involving mean stress. Most of the fatigue life estimates were within a factor of 3 with respect to the measured lives.Faculdade de Tecnologia (FT)Departamento de Engenharia Mecânica (FT ENM)Programa de Pós-Graduação em Ciências MecânicasCastro, Fábio Comes deSantos, Nathalia Manes2024-07-09T16:45:18Z2024-07-09T16:45:18Z2024-07-092023-12-14info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfSANTOS, Nathalia Manes. Fatigue life of 1045 steel with an artificial small defect: experiments and modeling based on small crack growth. 2023. 61 f., il. Dissertação (Mestrado em Ciências Mecânicas) — Universidade de Brasília, Brasília, 2023.http://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/48638engA concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNB2024-07-09T16:45:19Zoai:repositorio.unb.br:10482/48638Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2024-07-09T16:45:19Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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