EFEITO DO MODELO DE DANO GURSON-TVERGAARD-NEEDLEMAN NA CARACTERIZAÇÃO DOS PARÂMETROS FÍSICOS DA FADIGA

Abstract

Failure due to fatigue is one of the main causes of mechanical component failure under cyclic loading. To prevent these failures from occurring, it is necessary to study fatigue crack propagation. This is typically evaluated by the range of the stress intensity factor ΔK and the crack propagation rate da/dN. However, this traditional approach has some limitations, as the fatigue process is irreversible, while the parameter ΔK is of elastic nature. The factors influencing fatigue include the magnitude of load variation, the number of cycles applied, the component's geometry, and material characteristics. The study of fatigue is crucial in engineering to ensure the durability and reliability of components subjected to cyclic conditions. Fatigue is a critical phenomenon in the industry, as many components and structures are subjected to cyclic loading during their lifespan. This phenomenon can affect a variety of sectors, from aerospace and automotive to civil construction. Plastic deformation at the crack tip emerges as a key piece in this puzzle, outlining how forces act on the material, shaping its fatigue response. In this context, we explore the Gurson-Tvergaard-Needleman damage model, a numerical model suitable for simulating the accumulation of microvoids in materials subjected to different types of loads. Ultimately, this dissertation goes beyond theoretical analysis, aiming to connect the dots between numerical results and experimental outcomes, addressing points such as the fatigue phenomenon, linear elastic fracture mechanics, crack tip open displacement, and plastic deformation at the crack tip.

A falha por fadiga é uma das principais causas de falha de componentes mecânicos, sujeitos a carga cíclica. Para prevenir que estas falhas ocorram, é necessário estudar a propagação de fendas por fadiga. Esta normalmente é avaliada pela gama do fator de intensidade de tensão ΔK, e a velocidade de propagação da fenda da⁄dN. No entanto, esta abordagem tradicional apresenta algumas restrições, uma vez que o processo de fadiga é permanente, enquanto o parâmetro ΔK é de natureza elástica. Os fatores que influenciam a fadiga incluem a amplitude de variação de carga, o número de ciclos aplicados, a geometria do componente e as características do material. O estudo da fadiga é crucial em engenharia para garantir a durabilidade e a confiabilidade de componentes sujeitos a condições cíclicas. Esta dissertação explora o fenómeno de fadiga, onde as forças que agem sobre os materiais desencadeiam um estado de tensões e deformações muito complexo na ponta da fenda. A fadiga é um fenómeno crítico na indústria, pois muitos componentes e estruturas estão sujeitos a carregamentos cíclicos durante sua vida útil. Esse fenômeno pode afetar uma variedade de setores, desde aeroespacial e automóvel até construção civil. A Deformação plástica na ponta da fenda emerge como peça-chave neste quebra-cabeças, delineando como as forças atuam no material, moldando sua resposta à fadiga. Nesse contexto, exploramos o modelo de dano Gurson-Tvergaard-Needleman, um modelo numérico adequado para simular a acumulação de micro-vazios em materiais sujeitos a diferentes tipos de cargas.Em última análise, esta dissertação não se limita a uma análise teórica. Procura, também conectar os pontos entre os resultados numéricos e os resultados experimentais, abordando pontos como o fenómeno da fadiga, mecânica de fratura linear elástica, crack tip open Displacement, deformação plástica na ponta da fenda.