Uma extensão do modelo de Gurson para análise de fadiga seguindo uma metodologia incremental
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| Data de Publicação: | 2020 |
| Tipo de documento: | Tese |
| Idioma: | por |
| Título da fonte: | Repositório Institucional da UnB |
| Texto Completo: | https://repositorio.unb.br/handle/10482/38714 |
Resumo: | Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2020. |
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Uma extensão do modelo de Gurson para análise de fadiga seguindo uma metodologia incrementalResistência de materiaisDeformações e tensões (Mecânica)Materiais - testesMecânica da fadigaTese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2020.Esta tese propõe uma extensão do modelo de Gurson (1977) para descrição do processo gradual de degradação sofrido por materiais dúcteis submetidos a carregamentos multiaxiais cíclicos, permitindo sua aplicação em previsões de vida à fadiga, sob regime de baixo e alto número de ciclos, por meio de uma metodologia incremental. Para tal, é adotada a lei de endurecimento cinemático proposta por Armstrong-Frederick (1966) e modificado o mecanismo de crescimento de defeitos, proposto originalmente por Gurson (1977), de modo a assumir taxas de evolução diferentes para as etapas de tração e compressão, proporcionando, em condições de carregamentos axiais alternados, o acúmulo de dano ao final de cada ciclo. Além disso, a incapacidade do modelo de Gurson em prever o crescimento do dano em condições de baixa triaxialidade é sanada por meio da utilização do mecanismo de cisalhamento proposto por Nahshon e Hutchinson (2008). A extensão proposta demonstra sua eficiência ao prever níveis de degradação em concordância com os apresentados por um modelo de célula unitária em elementos finitos, semelhante ao adotado por Steglich et al. (2005), possibilitando sua aplicação em uma abordagem incremental para previsões de vida em condições de fadiga de baixo número de ciclos. A abordagem é validada com base em dados experimentais, retirados da literatura, provenientes de ensaios de fadiga controlados por deformação, realizados em corpos de prova tubulares de parede fina fabricados com os aços S460N e SAE 1045. Posteriormente, a ampliação da abordagem para previsões de vida em regime de alto número de ciclos, condição em que ocorre deformação plástica apenas na escala da microestrutura do material, é feita pela adoção da estratégia de análise do comportamento do material em duas escalas, introduzida por Lemaitre et al. (1999). Por sua vez, a validação da abordagem em duas escalas é realizada com base em resultados experimentais obtidos a partir de uma série de ensaios de fadiga realizados por controle de força em corpos de prova ampulheta, fabricados com o aço offshore de Grau R4. Por fim, é realizado um estudo de caso em que a abordagem proposta é aplicada na previsão de vida de trechos de amarras submetidos aos mecanismos de tração e flexão fora do plano (OPB), tais mecanismos são apontados como principais responsáveis por falhas prematuras de linhas de ancoragem utilizadas em unidades flutuantes para extração de petróleo em alto mar. Os dados experimentais utilizados no estudo são obtidos por meio de ensaios de fadiga realizados em trechos de amarras compostos por nove elos comuns e com malhete, fabricados sob encomenda com o aço Grau R4. A abordagem proposta demonstra sua capacidade preditiva ao estimar vidas em concordância com os valores observados experimentalmente, apresentando um grau de precisão próximo ao obtido pelo critério de fadiga SWT (1970).This contribution proposes an extension of the Gurson model (1977) to describe the gradual degradation process suffered by ductile materials submitted to cyclic multiaxial loads, allowing its application in fatigue life predictions, under a low and high number of cycles, through the incremental methodology. To reach this, the kinematic hardening law proposed by Armstrong- Frederick (1966) is adopted, and the defect growth mechanism, originally proposed by Gurson (1977), is modified to assume different evolution rates for the tension and compression stages providing, cycle under conditions of alternate axial loads, the accumulation of damage at the end of each cycle. In addition, the inability of the Gurson model to predict damage growth in conditions of low triaxiality is remedied through the use of the shear mechanism proposed by Nahshon and Hutchinson (2008). The proposed extension demonstrates its efficiency in predicting levels of degradation in accordance with those presented by a unit cell model in finite elements, similar to that adopted by Steglich et al. (2005), enabling its application in an incremental approach to life predictions in conditions of low cycle fatigue. The approach is validated based on experimental data, taken from the literature, from fatigue tests controlled by strain, carried out on thin-walled tubular specimens manufactured with S460N and SAE 1045 steels. Subsequently, the expansion of the approach to life predictions under high cycle fatigue, a condition in which plastic strain occurs only on the scale of the material's microstructure, is done by adopting the strategy of analyzing the behavior of the material on two scales, introduced by Lemaitre et al. (1999). In turn, the validation of the approach on two scales is performed based on experimental results obtained from a series of fatigue tests performed by load control in hourglass specimens, manufactured with Grade R4 offshore steel. Finally, a case study is carried out in which the proposed approach is applied in life predictions of stretches of mooring chains subjected to tension and out of plane bending (OPB) mechanisms, they are pointed out as the main responsible for premature failures of mooring lines used in floating units for offshore oil extraction. The experimental data used in the study are obtained through fatigue tests on stretches of mooring chains composed for nine stud links, manufactured to order with Grade R4 steel. The proposed approach demonstrates its predictive capacity when estimating lives in agreement with the values observed experimentally, presenting a degree of precision close to that obtained by the fatigue criterion SWT (1970).Faculdade de Tecnologia (FT)Departamento de Engenharia Mecânica (FT ENM)Programa de Pós-Graduação em Ciências MecânicasMalcher, LucivalNeves, Raniere Silva2020-07-01T23:06:25Z2020-07-01T23:06:25Z2020-07-012020-06-12info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfNEVES, Raniere Silva. Uma extensão do modelo de Gurson para análise de fadiga seguindo uma metodologia incremental. 2020. 121 f., il. Tese (Doutorado em Ciências Mecânicas)—Universidade de Brasília, Brasília, 2020.https://repositorio.unb.br/handle/10482/38714A 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/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNB2024-02-08T21:43:32Zoai:repositorio.unb.br:10482/38714Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2024-02-08T21:43:32Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false |
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