Estudo, implementação e simulação de coalescência com múltiplas trincas usando o BemCracker2D

Abstract

Estruturas com dano múltiplo se tornaram foco de muitas pesquisas, após um elevado número de acidentes relativos, principalmente, no campo da engenharia aeronáutica e naval, com casos também na indústria da construção civil. A inexistência de métodos analíticos generalizados, que poderiam explorar os campos de tensão das trincas e seus principais parâmetros, dificulta prever a propagação e a coalescência de trincas nos elementos estruturais. Neste contexto, este trabalho objetiva estudar o comportamento mecânico da coalescência, ou linkup de múltiplas trincas em estruturas bidimensionais, devido à fadiga, por meio do programa BemCracker2D e sua interface gráfica BemLab2D. Inicialmente, foi feita a implementação de um novo método para o BemCracker2D, escrito em linguagem C++, para análise de linkup por três predições diferentes baseadas nos modelos elásticos lineares de Irwin, Dugdale e von Mises. Em seguida, ensaios padronizados pela ASTM (American Society for Testing and Material) foram realizados em espécimes de aço SAE 4340, com o uso das máquinas servo-hidráulicas de Ensaio Universal MTS e INSTRON 8801, a fim de se obter os parâmetros e as propriedades mecânicas que são utilizadas nas simulações, com o intuito de validar o programa e o novo método implementado. Foram feitas quatro simulações através de uma análise bidimensional pelo Método dos Elementos de Contorno Dual (MECD), no software BemCracker2D, com base na mecânica da fratura linear elástica, utilizando os três critérios referentes à plastificação do ligamento entre trincas. Os resultados foram comparados com equações analíticas, resultados experimentais e numéricos extraídos da literatura, e demonstraram a acurácia e eficiência da metodologia adotada, bem como validaram a robustez dos programas.