Estratégia alternativa para a determinação do limiar de propagação de trincas através da teoria da distância crítica

Abstract

Este trabalho propõe uma estratégia numérico-experimental para determinar o valor do limiar de propagação de trincas, DKth , importante parâmetro da mecânica da fratura. Em particular, o Método do Ponto e o Método da Linha foram usados em conjunto com a resistência à fadiga de corpos com e sem entalhe permitindo formular uma metodologia híbrida para predição de fratura. A fim de checar a precisão da estratégia proposta, 40 conjuntos de dados experimentais foram selecionados a partir da literatura disponível para vários materiais metálicos. O valor do limiar de propagação de trincas foi predito através do pós-processamento dos resultados da análise linear-elástica em Elementos Finitos. As análises mostraram uma estreita relação entre as predições e os dados experimentais. Em particular, esta estratégia permitiu predições dentro de um intervalo de erro de ±20%, independente da forma do corpo de prova. Os resultados obtidos mostraram que raio de entalhe menor que 1 mm e coeficiente adimensional (raio do entalhe / dimensão associada à seção transversal) menor ou igual a 0,01 são mais indicados pois apresentam menor tendência de erro. Além disso, o Método da Linha prevê estimativas mais conservadoras que o Método do Ponto. Por fim, propriedades de fadiga em conjunto com a Teoria da Distância Crítica podem ser usadas para predizer parâmetro de mecânica da fratura e serem usadas em situações de interesse prático, reduzindo o tempo e o custo de projeto. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT

This work proposes a numerical-experimental strategy to determine the threshold of the stress intensity factor, DKth , an important parameter of fracture mechanic. In particular, Point Method and Line Method were used in conjunction with the notched and unnotched fatigue limits allowing the formulation of a fracture prediction methodology. In order to check the accuracy of the proposed strategy, 40 sets of experimental data were selected from the technical literature for several metallic materials. The threshold of the stress intensity factor value was predicted by post-processing the results of linear-elastic Finite Element Analysis. The performed analyses showed a sound agreement between predictions and experimental data. In particular, the obtained estimations were found to be accurate within an error interval about ±20%, regardless the specimen geometrical feature. The obtained results show that a notch root radius smaller than 1 mm and a geometrical relation (notch root radius / net cross section) smaller or equal to 0.01 are more indicated. Moreover, the Line Method gives more conservative predictions than the Point Method. Finally, the fatigue properties in conjunction with linear-elastic Theory of Critical Distances can successfully be used to predict the threshold of the stress intensity factor in situations of practical interest, reducing the time and costs of the design process.