Efeito da variação da razão de aspecto na propagação de trincas em furos elípticos

Abstract

Concentradores de tensão são quaisquer descontinuidades, mudanças de seção, entalhes, furos, etc., que causam a concentração de tensão, podendo ocasionar o aparecimento de falhas nos materiais, tais como trincas. Contudo, é quase impossível encontrar estruturas da engenharia sem algum tipo de concentrador de tensão. Desta forma, o presente trabalho tem como objetivo investigar o efeito da variação da razão de aspecto a/b, que é a razão entre os semieixos da elipse, sobre a trajetória realizada pela trinca ao se propagar a partir de furos elípticos, de modo a auxiliar no monitoramento de trincas nascidas em tais concentradores de tensão em componentes mecânicos e estruturais. Para tal fim, utilizou-se o caso de uma placa com uma trinca central submetida à tração CCT (Center Cracked Tension) modificada com dois furos simétricos em relação ao eixo y de forma a emular o modo misto de carregamento. Para o propósito do estudo aqui conduzido, ao CCT foi acrescido um furo elíptico central do qual duas trincas simétricas emanam. Antes, contudo, foi necessário fazer algumas verificações para que o modelo numérico de propagação da trinca, para o caso em estudo, pudesse ser validado. Primeiro, modelou-se o caso de uma placa submetida à tração com um furo elíptico central e duas trincas simétricas emanando do mesmo. Então, modelou-se o caso de uma placa com uma trinca central, caso este bem conhecido na literatura. Por último, modelou-se o caso de uma placa com uma trinca central submetida à tração CCT modificada com dois furos simétricos em relação ao eixo y. Em todos estes casos, a exemplo do caso em estudo nesta dissertação, os modelos foram submetidos à tração e realizou-se a extração dos fatores intensidade de tensão ( e ) em diversos pontos da trinca à medida que esta se propagava. Para tanto, rotinas para prever a trajetória da trinca para cada caso foram escritas na linguagem APDL (Ansys Parametric Design Language) do software de elementos finitos ANSYS, em que a inclinação incremental da trinca é calculada pelo critério MTS (Maximum Tensile Stress). Para a obtenção de e , usados na previsão da trajetória da trinca em modo misto de carregamento, foi utilizada a ferramenta CINT do software de elementos finitos ANSYS, a qual usa o método da Integral como base para os cálculos. Contudo, após as verificações e validações realizadas, concluiu-se que não houve efeito da variação da razão de aspecto (variou-se a razão de aspecto a/b de 3/ (1/6) a 3/12, fixando-se o semieixo maior da elipse a em 3 mm e variando-se apenas o semieixo menor b) na propagação da trinca em furos elípticos para o caso em estudo.