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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/70133| Tipo: | Tese |
| Título: | Simulação do efeito de retardo e aceleração de propagação de trincas para previsão de vida à fadiga de ligas de alumínio AA2050-T84 e 7475-T7351 de grau aeronáutico |
| Título em inglês: | Simulation of the retarding and accelerating effect of crack propagation to predict fatigue life of aircraft grade AA2050-T84 and 7475-T7351 aluminum alloys |
| Autor(es): | Montezuma, Marcos Fábio Veríssimo |
| Orientador: | Deus, Ênio Pontes de |
| Palavras-chave: | Ligas de alumínio;Crescimento de trincas por fadiga;Materiais - fadiga;Modelagem numérica |
| Data do documento: | 26-Mai-2022 |
| Citação: | MONTEZUMA, Marcos Fábio Veríssimo. Simulação do efeito de retardo e aceleração de propagação de trincas para previsão de vida à fadiga de ligas de alumínio AA2050-T84 e 7475-T7351 de grau aeronáutico. 2022. 275 f. Tese (Doutorado em Engenharia e Ciência de Materiais) – Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Programa de Pós-graduação em Engenharia e Ciência de Materiais, Fortaleza, 2022. |
| Resumo: | O estudo da previsão de vida e propagação de trincas em ligas de alumínio de grau aeronáutico é de grande importância no desenvolvimento de projetos na indústria aeroespacial. Este trabalho propôs a criação de um modelo numérico empírico, utilizando conceitos de mecânica da fratura e fadiga, e baseado em dados experimentais produzidos em pesquisas anteriores, para avaliar a propagação de trincas em ligas de alumínio 7475-T7351 e 2050-T84, considerando o efeito de interação e sequência de cargas. O modelo utilizou as equações de Paris-Erdogan e Walker modificada, e implementou uma modificação ao modelo de retardo induzido por plasticidade na ponta da trinca de Wheeler, para considerar o efeito de aceleração de trinca devido a uma subcarga. Nas simulações para a liga 7475-T7351, foram utilizadas sequências de carregamentos de amplitude constante, com razões de carregamento R crescentes (0,1 / 0,3 / 0,5 / 0,6 / 0,7 / 0,8); para a liga 2050-T84, foram utilizadas sequências reais de carregamentos padronizados, tipo mini-TWIST e mini-FALSTAFF. Por último, para avaliar o efeito de retardo e aceleração da trinca, foram realizadas simulações na liga 2050-T84 considerando carregamento de amplitude constante, seguido de pico de sobrecarga; e pico de sobrecarga + subcarga. Os resultados numéricos de amplitude constante foram comparados com os resultados experimentais, com outro programa comercial, e com simulação por meio do método dos elementos finitos. Para a liga 7475-T7351, as curvas de simulação da/dN x K, mostraram uma excelente concordância com as curvas experimentais. Nas simulações da liga 2050-T84 com o padrão mini-TWIST, a curva de crescimento de trinca teve uma boa correlação com dados experimentais até 150000 ciclos de vida. Em simulações com o padrão mini-FALSTAFF a curva de crescimento de trinca teve uma boa correlação com dados experimentais até 27000 ciclos de vida. Em todas as simulações realizadas, a utilização da equação de Walker modificada com variação do parâmetro R, junto com o modelo modificado de Wheeler, obteve os melhores resultados, quando comparados à utilização da equação de Paris-Erdogan sem o efeito de interação de cargas. Foi verificado que a aplicação de sobrecargas a cada 1000 ciclos em carregamento de amplitude constante, ocasionou a prorrogação da vida do CP em 6 vezes, sendo benéfico para a vida à fadiga do componente. Por outro lado, a aplicação da subcarga atuou como redutor da vida à fadiga. Espera-se que o modelo desenvolvido possa contribuir para a construção de uma plataforma em código aberto, relacionada ao fenômeno de fadiga, de modo a propiciar análises independentes dos programas fechados que em geral, são pagos e sem a possibilidade de expandir as suas funcionalidades por parte do usuário. Esta metodologia poderá ser utilizada em diversas áreas, além da indústria aeronáutica, onde o aperfeiçoamento no desenvolvimento de novos critérios de projeto se faz necessário. Desprezar os efeitos da interação de cargas, torna a análise de previsão de vida muito conservadora, não sendo adequada para uso em projetos atuais. |
| Abstract: | The study of life prediction and crack propagation in aeronautical grade aluminum alloys is of great importance in the development of projects in the aerospace industry. This work proposed the creation of an empirical numerical model, using concepts of fracture mechanics and fatigue, and based on experimental data produced in previous research, to evaluate the propagation of cracks in aluminum alloys 7475-T7351 and 2050-T84, considering the interaction effect and charge sequence. The model used the Paris-Erdogan and modified Walker equations and implemented a modification to the Wheeler crack tip plasticity-induced retardation model, to account for the effect of crack acceleration due to an underload. In the simulations for alloy 7475-T7351, constant-amplitude loading sequences were used, with increasing loading ratios R (0.1 / 0.3 / 0.5 / 0.6 / 0.7 / 0.8); for alloy 2050-T84, real sequences of standardized loadings, mini-TWIST and mini-FALSTAFF type were used. Finally, to evaluate the effect of crack retardation and acceleration, simulations were performed on alloy 2050-T84 considering constant amplitude loading, followed by peak overload; and peak overload + underload. The numerical results of constant amplitude were compared with the experimental results, other commercial programa, and the simulation through the finite element method. For alloy 7475-T7351, the simulation curves da/dN x K showed excellent agreement with the experimental curves. In simulations of 2050-T84 alloy with the mini-TWIST pattern, the crack growth curve correlated well with experimental data up to 150,000 life cycles. In simulations with the mini-FALSTAFF pattern, the crack growth curve had a good correlation with experimental data up to 27000 life cycles. In all the simulations performed, the use of the modified Walker equation with a variation of the parameter R, together with the modified Wheeler model, obtained the best results compared to the use of the Paris-Erdogan equation without the effect of load interaction. It was verified that the application of overloads every 1000 cycles in constant amplitude loading, caused the extension of the life of the CP 6 times, being beneficial for the fatigue life of the component. On the other hand, the application of the underload acted as a reducer of fatigue life. It is expected that the developed model can contribute to the construction of an open-source platform, related to the fatigue phenomenon, to provide independent analyzes of closed programs that are generally paid and without the possibility of expanding their functionalities by part of the user. This methodology can be used in several areas and the aeronautical industry, where improvement in the development of new design criteria is necessary. Neglecting the effects of the interaction of loads makes the life prediction analysis very conservative, not being suitable for use in current projects. |
| URI: | http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/70133 |
| Aparece nas coleções: | DEMM - Teses defendidas na UFC |
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