Estudo da influência do campo de tensão/ deformação na vida à fadiga por fretting baseada nas leis de evolução da micromecânica de defeitos

Abstract

Neste trabalho é proposto o estudo da influência do campo de deformação plástica na vida a fadiga por fretting da liga de alumínio 7050-T7451, através de uma abordagem que leva em consideração os princípios da mecânica do dano contínuo. Para isto, é realizado um programa de ensaios experimentais, onde se é emulado o problema de fadiga por fretting, por intermédio da utilização de um corpo de prova de seção retangular e sapatas, com raio de curvatura de 70 mm. No ensaio proposto, é aplicado carga trativa média sobre o corpo de prova, diferentes níveis de pressão de aperto na sapata e diferentes amplitudes de carregamento sobre o CP. O critério de parada dos experimentos é estabelecido quando se observa uma trinca macroscópia no CP, ou a sua completa separação. Em seguida, propõe-se a extensão do modelo de dano de Gurson para condições multiaxiais de carregamento, onde se introduz um parâmetro capaz de distinguir a evolução do dano volumétrica sobre condições trativas e compressivas, o acoplamento do mecanismo de dano em cisalhamento de Xue, fazendo com que a abordagem estendida, seja capaz de capturar a degradação do material em condições torcionais de carregamento. Como no problema estudado o comportamento macroscópico do material é complemente elástico, na formulação proposta, utiliza-se também uma abordagem em multiescala, onde se tem na escala macroscópica um comportamento elástico e na microescala um comportamento elastoplástico, fazendo com que o princípio do dano contínuo seja possível ser aplicado. Por fim, para se mostrar a robustez e capacidade preditiva do modelo, são utilizados dados da literatura para ensaios convencionais de fadiga, sob controle de força, considerando carregamento trativo com razão de carregamento igual a -1, carregamento torcional reversível e carreamento axial/torcional proporcional. Nestes testes, observa-se que o modelo foi capaz de calcular a vida do corpo de prova dentro de uma faixa de dispersão de dois, para vidas menores que 106 ciclos, e dentro de uma faixa de dispersão igual a quatro, para vidas maiores que 106 ciclos. Assim, os ensaios de fretting foram então simulados através da formulação desenvolvida, onde também se conseguiu observar boa capacidade preditiva para o modelo, sempre dentro de uma faixa de dispersão igual a dois. Como conclusões, foi possível verificar que a pressão na sapata é capaz de introduzir um campo de deformação plástica ao problema, onde se observa um nível de endurecimento do material capaz de contribuir positivamente para a vida de fadiga por fretting, ou seja, quanto maior a pressão aplicada, maior a vida observada e calculada para o problema. Também, considerando um mesmo nível de pressão na sapata, observa-se que a vida diminui com o aumento da amplitude de carregamento.