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Dissertação de Mestrado
DOI
Documento
Autor
Nome completo
Felipe Jaime de Pina
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2019
Orientador
Banca examinadora
Angélico, Ricardo Afonso (Presidente)
Carvalho, Jonas de
Guesser, Wilson Luiz
Título em português
Previsão de vida em fadiga isotérmica e termomecânica em ferro fundido vermicular
Palavras-chave em português
Comportamento mecânico
Fadiga isotérmica
Fadiga termomecânica. Elementos finitos
Ferro fundido vermicular
Previsão de vida
Resumo em português
Com excelentes propriedades de fundição, boa condutividade térmica e desempenho mecânico adequado, os ferros fundidos vermiculares são amplamente utilizados em motores a diesel. O motor geralmente funciona em condições operacionais transientes, como partida, carga e descarga súbitas e parada. A falha por fadiga termomecânica é um dos principais problemas do cabeçote de motores, pois durante o funcionamento do motor, este é submetido a variações combinadas de temperatura e carga. No presente trabalho são feitas previsões de comportamento mecânico de um tipo de ferro fundido, denominado de ferro fundido vermicular, classe 450, usando um modelo constitutivo elasto-plástico do programa comercial de elementos finitos ABAQUS®. Os parâmetros desse modelo são identificados a partir de ensaios com carregamento cíclicos crescentes, de fadiga isotérmica e ensaios de tração. São caracterizados os parâmetros da curva de Wöhler em fadiga isotérmica, e com esses parâmetros é proposto uma caracterização para o caso de fadiga termomecânica da mesma curva. Os resultados da simulação computacional apresentam bons resultados em caso de carregamento constantes em fadiga isotérmicos enquanto em carregamentos de fadigas termomecânicos o modelo constitutivo não leva em consideração o efeito da relaxação de tensão que o material apresenta, carecendo assim de um modelo mais adequado que considera efeitos viscosos. O modelo de plasticidade que melhor se adaptou aos ensaios de fadiga é na forma de inserção dos parâmetros e , pois esses parâmetros apresentam melhor flexibilidade para descrever a curva de encruamento comparado com a equação de Ramberg-Osgood. Foi possível obter a previsão de vida em fadiga em condições isotérmicas utilizando a equação de Wöhler. Nos carregamentos termomecânicos, foi possível prever a vida utilizando as equações modificadas de Wöhler, que dependem da variação da deformação mecânica e da utilização de parâmetros encontrados a partir de ensaios isotérmicos realizados na temperatura máxima do ciclo termomecânico.
Título em inglês
Life prediction in isothermal and thermomechanical fatigue in vermicular cast iron.
Palavras-chave em inglês
Compacted cast iron
Finite elements
Isothermal fatigue
Life prediction
Mechanical Behavior
Thermomechanical fatigue
Resumo em inglês
With outstanding casting properties, good thermal conductivity and appropriate mechanical performance, compacted cast irons are widely used in the cylinder head of diesel engine. The engine usually works under transient operating conditions, such as starting, suddenly loading and unloading and shutting down. The processes usually leads to large temperature variation and serious fatigue damage. Therefore, the components are submitted during long periods to a large number of heating and cooling cycles, making thermo-mechanical fatigue (TMF) one of the most common failure mechanism. In the present work predictions of mechanical behavior of vermicular cast iron, 450 class, are made, using an elasto-plastic constitutive model of the commercial finite element software ABAQUS®. The parameters of this model are identified from the cyclic increasing loading test, isothermal fatigue, and tensile tests. The parameters of the Wöhler curve in isothermal fatigue are characterized, and with these parameters, a characterization is proposed for the case of thermomechanical fatigue of the same curve. The results of the computational simulation present good results in the case of constant loading in isothermal fatigue while in thermomechanical fatigue the constitutive model cannot represent the stress relaxation effect of the material, thus lacking a more adequate model that reproduce the viscous effects. The prediction of life presents a reasonable result that depends on further statistical studies to prove its efficiency. The best input method to the plasticity model that fits the fatigue tests is using parameters and , because these parameters present better flexibility to describe the hardening curve compared to the Ramberg-Osgood equation. It was possible to obtain the fatigue life prediction under isothermal conditions using the Wöhler equation. While in the thermomechanical loads, it was possible to predict life using the modified Wöhler equations, which depend on the variation of the mechanical deformation and the use of parameters found from isothermal tests performed at the maximum temperature of the thermomechanical cycle.
 
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Data de Publicação
2019-11-20
 
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