Estudo de técnicas de tratamento de dados experimentais para a avaliação da curva da/dN versus Delta-K : um estudo para o aço ASTM A743 CA6NM

Abstract

Um dos objetivos deste trabalho foi avaliar a variabilidade de alguns parâmetros envolvidos em Mecânica da Fratura para o aço ASTM A743 CA6NM, como: os coeficientes de ajuste para os modelos de Paris e Elber; o limiar de propagação de trincas, ΔKth; o ajuste da equação de Walker sobre o limiar, e; a taxa de aquisição de dados Δa. Estas variabilidades foram avaliadas em função de diferentes técnicas de redução utilizadas. Outro objetivo foi analisar como a máquina de ensaios se comporta durante o teste e através de quais modelos esta exibe os resultados calculados. Para isto foram elaboradas rotinas no programa MATLAB que seguem técnicas recomendadas pela literatura. Foi realizada uma revisão teórica dos conceitos de Mecânica da Fratura. Os ensaios realizados foram de propagação de trinca por fadiga em espécimes do tipo C(T). A norma ASTM E647, que padroniza os procedimentos e materiais para os ensaios utilizados, também foi estudada e discutida, uma vez que a programação da máquina de ensaios (MTS 810) segue tal norma. Oito ensaios foram realizados, sendo sete válidos, para a determinação do limiar de propagação e sua variabilidade, em seguida, analisada estatisticamente. As razões utilizadas foram R=0,05; 0,1; 0,33; 0,5 e 0,66. Observou-se o efeito da razão de carregamento, R, sobre o limiar de propagação de trincas por fadiga; este está de acordo com a literatura. A técnica de redução de dados polinomial incremental com n = 4 exibiu os melhores resultados. A variabilidade mínima encontrada para o expoente m foi de ±17 %, reduzida para ±9 % ao filtrar os dados em Δa = 0,10 mm; para o limiar ΔKth foi de ±24 %, reduzindo para ±21 % com o filtro Δa = 0,05 mm. O filtro Δa = 0,25 mm mostrous resultados insatisfatórios. A máquina parece seguir as recomendações da norma ASTM E647 para execução dos ensaios e obtenção de dados, mas não para os tratamentos de dados. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT

One of the objectives of this work was to evaluate the variability of some parameters involved in Fracture Mechanics for the steel ASTM A743 CA6NM, such as: the fit coefficients for Paris’ and Elber’s models; the crack growth threshold, ΔKth; the fit of Walker’s Equation over the threshold, and; the data acquisition rate Δa. These variabilities were evaluated by different data reduction techniques. Another objective was to analyse the behaviour of the test machine during tests and what methods it uses for the results it displays. For this, MATLAB programs were confectioned, which follow techniques recommended by the literature. A literature review was conducted for the concepts of Fracture Mechanics. Fatigue crack growth tests were performed in C(T) specimens. The standard ASTM E647, which standardizes the procedures and materials involved in the tests, was also studied and discussed, since the test machine (MTS 810) follows such standard. Eight tests were performed, being seven of then valid. The load ratios used were R=0.05, 0.1; 0.33, 0.5 and 0.66. The effect of the load ratio, R, over the crack growth threshold was observed and is according to the literature. The incremental polynomial data reduction technique with n = 4 showed the best results. The minimum variability obtained for the exponent m was ±17 %, reduced to ±9 % when the data was filtered on Δa = 0,10 mm; for the threshold ΔKth the variability was ±24 %, reducing to ±21 % with the filter Δa = 0,05 mm. The filter Δa = 0,25 mm showed insatisfactory results. The machine seems to follow the standard ASTM E647 for the test execution and data acquisition, but not for data treatment.