Fadiga multiaxial sob carregamento de amplitude variável : avaliação do método de bannantine e socie

Abstract

O objetivo deste trabalho é avaliar uma metodologia de estimativa de vida à fadiga, com particular atenção a carregamentos multiaxiais de amplitude variável. A metodologia emprega o modelo de encruamento cinemático de Chaboche no cálculo das tensões e deformações no regime elasto-plástico cíclico estabilizado. Para estimar a vida à fadiga, utiliza-se o método de Bannantine-Socie, no qual (i) a técnica de contagem de ciclos rainflow é aplicada a cada plano material, (ii) o dano acumulado em cada plano é calculado com a regra de Palmgren-Miner e (iii) o plano crítico é definido como o plano onde o dano por fadiga é máximo. Para materiais com modo de falha por cisalhamento, a contagem de ciclos é feita sobre a história da deformação cisalhante e o dano à fadiga é calculado com o modelo de Fatemi-Socie. No caso de falha por tração, a história da deformação normal e o modelo de Smith-Watson-Topper são empregados. A avaliação da metodologia foi feita com base em vidas observadas em ensaios de fadiga relatados na literatura, realizados em corpos de prova tubulares submetidos a carregamento axial-torcional de amplitude constante e variável. Os corpos de prova foram fabricados em aço S45C e aço inoxidável 304. Para os dois aços investigados, a maioria das estimativas de vida do método de Bannantine-Socie usando o modelo de Fatemi-Socie com k em função da vida ficaram dentro de uma banda de fator 2 no diagrama vida estimada vs. vida observada. As estimativas de vida que ficaram fora dessa banda foram conservadoras. As estimativas de vida com o uso do modelo de Smith-Watson-Topper também ficaram em sua maioria dentro de uma banda de fator 2, com exceção dos ensaios de torção sob carregamento totalmente alternado e variável. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT

The aim of this work is to evaluate a fatigue life estimation methodology, with particular attention to variable amplitude multiaxial loading. The stabilized stress-strain response of the material was assumed to obey the kinematic hardening model developed by Chaboche. Fatigue life estimations were obtained with Bannantine-Socie method: (i) rainflow cycle counting is applied on each material plane, (ii) fatigue damage on each plane is accumulated according to Palmgren-Miner rule and (iii) the critical plane is defined as the plane experiencing the largest fatigue damage. For shear failure mode materials, cycle counting is performed on the shear strain history and the Fatemi-Socie parameter is used to estimate fatigue damage. For tensile failure mode materials, the normal strain history and the Smith-Watson-Topper parameter are used instead. Fatigue tests available in the literature were considered to assess the methodology. Such tests were carried out on thin-walled tubular specimens made of S45C and 304 steels, subjected to constant and variable amplitude axial-torsional loadings. For both steels, most life estimates using the Fatemi-Socie parameter with k as function of fatigue life were within a factor of 2 bandwidth in the estimated life vs. observed life diagram. The use of the Smith-Watson-Topper parameter provided a similar overall performance, but life estimates for torsion tests were not satisfactory.