Obtenção do fator de intensidade de tensão utilizando varias formulações com o método dos elementos de contorno

Abstract

A Mecânica da Fratura surgiu da necessidade de prever acidentes inesperados e entender porque estes acidentes ocorriam mesmo com tensões abaixo das tensões de projeto. Alguns destes acidentes, com tensões abaixo das tensões críticas esperadas, foram devidos à presença de defeitos, falhas ou trincas pré existentes no material utilizado, muitas vezes defeitos inerentes ao próprio processo de fabricação. Prever, portanto, a criticalidade destes defeitos é uma tarefa importante para se decidir sobre a integridade de uma estrutura. A Mecânica da Fratura surgiu com o objetivo de determinar o limite de capacidade de carga, ou determinar a dimensão crítica que um defeito pode apresentar sem que uma estrutura entre em colapso. O parâmetro mais importante definido pela Mecânica Elástica Linear da Fratura é o Fator de Intensidade de Tensão “K” que descreve a magnitude do campo de tensões existentes na vizinhança da ponta de uma trinca. O valor crítico de “K” é uma característica intrínseca ao material e está ligado a tenacidade à fratura daquele material. Na prática a determinação do fator “K” é muito importante pois permite prever se uma estrutura está a ponto de entrar em colapso ou não. Diversos são os meios simplificados para se obter ”K”. Entre eles podemos citar os métodos experimentais e os métodos numéricos. Diversos também são os manuais que apresentam fórmulas simplificadas para a avaliação aproximada de “K”. Na prática, nem sempre a configuração trincada que se deseja avaliar pode ser encontrada em manuais. Nestes casos, os métodos experimentais ou numéricos tornam-se opções utilizadas para se avaliar o valor de “K”. Apesar de algumas vantagens sobre os métodos numéricos, os métodos experimentais são geralmente caros e exigem mais tempo. Já os métodos numéricos, quando comprovadamente testados, podem ser empregados de forma rápida, precisa e geralmente são fáceis de usar. E com o objetivo de prover formulação confiável para obtenção numérica do parâmetro “K” da Mecânica da Fratura que este trabalho se apresenta. Neste trabalho, o Método dos Elementos de Contorno (MEC) é utilizado como ferramenta numérica para a determinação do Fator de Intensidade de Tensão “K” utilizando diversas técnicas numéricas, tais como, extrapolação de deslocamento, taxa de energia potencial dissipada e cálculo da Integral-J através do uso de sensibilidades. Neste trabalho mostra-se que o MEC é uma ferramenta numérica acessível e que apesar da dificuldade matemática pode ser utilizado de forma econômica, pois exige menor tempo na preparação dos dados e menor esforço computacional, por diminuir de um a dimensionalidade do problema.