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Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.unb.br/handle/10482/39029
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Title: Estudo experimental e numérico do comportamento mecânico na fratura da liga AISI 4340
Authors: Morales, Leonel Leonardo Delgado
Orientador(es):: Malcher, Lucival
Assunto:: Razão de triaxialidade
Terceiro invariante
Fratura dúctil - indicador
Deformação plástica
Liga AISI 4340
Issue Date: 6-Jul-2020
Citation: MORALES, Leonel Leonardo Delgado. Estudo experimental e numérico do comportamento mecânico na fratura da liga AISI 4340. 2020. xix, 151 f., il. Tese (Doutorado em Ciências Mecânicas)—Universidade de Brasília, Brasília, 2020.
Abstract: Esta tese tem como objetivo estudar o comportamento mecânico na fratura, da liga AISI 4340, sujeita a tratamentos térmicos de normalização e recozimento. Para isso, inicialmente foram conduzidos ensaios experimentais em corpos de prova cilíndricos lisos e entalhados, sujeitos à tração monotônica, bem como em corpos de prova retangulares, sujeitos a carregamentos puramente cisalhantes e combinações de cisalhamento e tração. Tais ensaios experimentais foram selecionados de maneira a observar diferentes combinações de razão de triaxialidade e terceiro invariante normalizado, na definição do estado de tensão. Os dois tipos de tratamentos térmicos foram escolhidos de maneira a alcançar diferentes níveis de ductilidade do material e, assim, estudar a sua influência no modo de fratura da liga. A liga AISI 4340 foi objeto de estudo por ser um material de alta resistência, geralmente utilizado na engenharia, como, por exemplo, na fabricação de risers rígidos para a indústria de exploração de petróleo. O estudo se estendeu ao se analisar numericamente o comportamento mecânico do material, através da implementação do modelo constitutivo baseado no critério de von Mises. Por meio desta análise, foi possível observar a influência da razão de triaxialidade e do terceiro invariante no comportamento mecânico do material. Além disso, o modelo de dano de Lemaitre foi também utilizado para se avaliar numericamente o local e o nível de deslocamento necessário para início da fratura dúctil da liga. Juntamente a esta análise, foi implementado o modelo constitutivo baseado no critério de Gao, bem como desenvolvida uma nova proposta de indicador de fratura dúctil. O indicador de fratura proposto considerou uma função denominador de dano que é dependente do terceiro invariante normalizado e da deformação plástica na fratura. Esta função denominador de dano procura regular a taxa de evolução da degradação do material, de acordo com o seu estado de tensão e nível de ductilidade, fazendo com que o indicador, acoplado à etapa de pós-processamento do modelo de Gao, seja capaz de prever, de forma satisfatória, o correto nível de força, o correto local e deslocamento necessário para a fratura do material. Ao final, as previsões realizadas com o auxílio do indicador foram comparadas ao desempenho do modelo de Lemaitre, o qual se mostrou mais vantajoso na previsão do comportamento mecânico na fratura do material para diferentes tipos de carregamentos.
Abstract: This thesis aims to study the mechanical behavior at fracture, of the AISI 4340 alloy, subjected to normalization and annealing heat treatments. For this purpose, experimental tests were initially carried out on smooth and notched cylindrical specimens, subject to monotonic tensile, as well as on rectangular specimens, subject to purely shear loads and tensile-shear combined loading conditions. Such experimental tests were selected in order to observe different combinations of the stress triaxiality and normalized third invariant, in the definition of the stress state. The two types of heat treatments were chosen in order to achieve different levels of ductility for the material and thus study its influence on the fracture mode of the alloy. The AISI 4340 alloy was the object of study due to be a high-strength material, generally used in engineering, for example, in the manufacture of rigid risers for petroleum industry. The study was extended by numerically analyzing the mechanical behavior of the material, through the implementation of the von Mises constitutive model. Through this analysis, it was possible to observe the influence of the stress triaxiality and the third invariant on the mechanical behavior of the material. Moreover, the Lemaitre damage model was also used to evaluate numerically the location and level of displacement required to start the ductile fracture of the alloy. Along with this analysis, Gao ́s constitutive model was implemented, as well as a new proposal for a ductile fracture indicator. The proposed fracture indicator considered a denominator of damage function, which is dependent on the normalized third invariant and the accumulated plastic strain at fracture. This denominator of damage function seeks to regulate the evolution of the damage law of material, according to its stress state and level of ductility, making the indicator, coupled with the post-processing step of the Gao ́s constitutive model, capable of satisfactorily predict the correct level of force, the correct location and displacement necessary for the fracture of the material. Finally, the predictions made with the aid of the indicator were compared to the performance of the Lemaitre model, which proved to be more advantageous in predicting the mechanical behavior at fracture of the material for different types of loads.
Description: Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2020.
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Appears in Collections:ENM - Doutorado em Ciências Mecânicas (Teses)

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