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Please use this identifier to cite or link to this item: http://repositorio.unb.br/handle/10482/34459
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Title: Effects of phase angle between the fretting load and the bulk load on the life of the AL7050 T7451 and ASTM 743 CA6NM
Authors: Gailliegue, Thomas
Orientador(es):: Doca, Thiago de Carvalho Rodrigues
Coorientador(es):: Araújo, José Alexander
Assunto:: Fadiga por fretting
Mecânica de fratura
Ligas de alumínio
Aço inoxidável
Teoria da distância crítica
Issue Date: 26-Apr-2019
Citation: GAILLIEGUE, Thomas. Effects of phase angle between the fretting load and the bulk load on the life of the AL7050 T7451 and ASTM 743 CA6NM. 2018. xiii, 110 f., il. Tese (Doutorado em Ciências Mecânicas)—Universidade de Brasília, Brasília, 2018.
Abstract: Este trabalho apresenta um estudo do processo de fadiga por fretting ao introduzir um ângulo de fase entre as cargas de fadiga e de fretting. O objetivo é investigar o efeito de tal ângulo de fase na vida de fadiga e na mecânica de fratura de dois materiais: a liga de alumínio 7050 T7451 e o aço inoxidável ASTM 743 CA6NM. Experimentos e análises numéricas são realizados em quatro condições de carregamento: em fase (Φ=0°), como referência, e nos três ângulos de fase (Φ=45°, Φ=90 ° e Φ=135°). Os ensaios experimentais foram realizados no laboratório do Departamento de Engenharia Mecânica - Universidade de Brasília, utilizando um sistema biaxial que permite o controle independente das carga. O problema é modelado usando o pacote comercial de elementos finitos Abaqus ©CAE. As simulações permitiram calcular os campos de tensão produzidos pelas diferentes configurações de carregamento. As estimativas de vida foram feitas aplicando três diferentes critérios multiaxiais (Smith-Watson-Topper, Fatemi-Socie e o Método da Curva de Wöhler Modificado), em um ponto crítico localizado na extremidade do contato e sob a superfície. A distância da superfície foi calculada usando duas formulações: a primeira baseada em parâmetros estáticos e dinâmicos dos materiais, e a segunda baseada em resultados experimentais e numéricos obtidos com corpos de provas entalhados. Foi demonstrado neste estudo que o ângulo de fase influencia fortemente a vida de fadiga. Um ângulo de fase de Φ=90 ° pode dobrar a vida de fadiga dos materiais, enquanto atrasos de 45° e 135° da carga de fadiga, reduzem seus durações. No entanto, vidas inesperadas foram obtidas para a condição Φ=45°, enquanto se testava o 7050 Al. Tensões e análises de falhas também revelaram que o ângulo de fase desempenha um papel essencial no local de nucleação da trinca. De fato, as trincas iniciam sempre em uma borda do contato para Φ=0° e Φ=45°, e na outra oposta para Φ=135°. Com relação ao ângulo de fase Φ=90 °, é impossível prever antecipadamente em qual borda a falha ocorre. Além disso, dois métodos que fornecem estimativas de vida precisas foram identificados. É possível prever a vida de tais condições de carregamento aplicando o critério Fatemi-Socie a uma distância calibrada com resultados experimentais/numéricos obtidos em corpos entalhados, ou aplicando o Método de Curva de Wöhler Modificado a uma distância calculada com os parâmetros estático e dinâmico do material.
Abstract: This work presents a study of the fretting fatigue process when introducing a phase angle between the fretting and the bulk loads. The objective is to investigate the effect of such phase angle on the fatigue life and fracture mechanics of two alloys: the 7050 T7451 aluminum alloy and the ASTM 743 CA6NM stainless steel. Experiments and numerical analysis are performed in four loading conditions: in phase (Φ=0°), as reference, and three phase angles (Φ=45°, Φ=90° and Φ=135°). Experimental tests were conducted at the material testing laboratory of the Department of Mechanical Engineering - University of Brasilia, using a bi-axial system with independent control of each load. The problem is modeled using the commercial Finite Element package Abaqus© CAE. Simulations were carried-out to calculate stress fields produced by the different loading configurations. Life estimations were attempted applying three different stress based multiaxial criteria (Smith-Watson-Topper, Fatemi-Socie and the Modified Wöhler Curve Method) at a critical point located at the edge of the contact and under the surface. The distance from the surface has been evaluated with two formulations, the first one was based on static and dynamic material parameters and the second one based on experimental and numerical results obtained on V-notched specimens. It has been shown in this study that the phase angle parameter strongly influences the fatigue life. A phase angle of Φ=90° can double the fatigue life of materials, while delays of 45° and 135° reduce specimen’s duration. Nevertheless, unexpected high lives were obtained for the condition Φ=45°, while testing 7050 Al. Stresses and failure analyzes also revealed that the phase angle plays an essential role in the crack nucleation location. Indeed, cracks initiate always at one edge of the contact for Φ=0° and Φ=45°, and at the opposite one for Φ=135°. Concerning the phase angle Φ=90°, it is impossible to predict in advance at which edge the failure occurs. Furthermore, two methods giving accurate life estimations were identified. It is possible to predict the life of such loading conditions applying the Fatemi-Socie criterion at a distance calibrated with experimental/numerical results obtained on V-notched specimens or applying the Modified Wöhler Curve Method at a distance calculated with the static and dynamic material parameters.
Description: Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2018.
Licença:: A 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.
Appears in Collections:ENM - Doutorado em Ciências Mecânicas (Teses)

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