Estudo numérico bidimensional de propagação de trincas em ferro fundido nodular austemperado (adi)

• Autor(a) principal: Franca, Gustavo Von Zeska de
• Data de Publicação: 2019
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
• Texto Completo: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/4731
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::MECANICA DOS SOLIDOS::ANALISE DE TENSOES; Ferro fundido; Cisalhamento; Materiais - Testes; Ferro fundido - Metalurgia; Engenharia mecânica; Cast-iron; Shear (Mechanics); Materials - Testing; Cast-iron - Metallurgy; Mechanical engineering; Engenharia Mecânica

O ferro fundido austemperado (austempered ductile iron – ADI) possui uma ampla gama de aplicações, devido a sua elevada resistência mecânica, à fadiga e ao desgaste superficial. O ADI é formado por uma matriz ausferrítica com nódulos de grafita em seu interior. Os nódulos possuem rigidez inferior à matriz e podem atuar como concentradores de tensões que nucleiam trincas. Eles também influenciam na propagação de trincas, que são desviadas em direção aos nódulos, o que pode gerar um efeito protetivo. Entretanto, segundo a literatura, o mecanismo de propagação da trinca ainda não está completamente compreendido. Dentro deste contexto, este trabalho apresenta um modelo numérico bidimensional para simular a propagação da trinca no interior de um material ADI submetido a uma carga de tração variável, que gera carregamentos de tração e de cisalhamento na ponta da trinca. O modelo foi implementado em linguagem Python e utiliza o código comercial de elementos finitos ABAQUS, juntamente com uma rotina de cálculo do crescimento de trinca, baseada na lei de Paris, para simular sua propagação. Foi verificado que o principal parâmetro responsável por alterar a direção da trinca é o fator de intensidade de tensão no modo II, ou seja, o cisalhamento que ocorre na ponta da trinca. As simulações demonstraram que a presença do nódulo gera uma carga de cisalhamento na ponta da trinca, e faz com que ela seja direcionada para o próprio nódulo. Fatores como o aumento do tamanho do nódulo e a diminuição da distância do nódulo até a ponta da trinca intensificam esta ação. Também foi verificado que, em simulações com dois diferentes materiais ADI com a mesma fração em área de grafita, para o caso com nódulos menores, a maior quantidade de nódulos faz com que a trinca tenha um tempo de vida menor até interceptar um novo nódulo. Portanto, isso sugere que o efeito protetivo dos nódulos no material ADI pode estar correlacionado com a quantidade de nódulos interceptados e a energia para nucleação de novas trincas.