This work addresses the characterization of the crack tip opening displacement (CTOD or ) for extending cracks in clamped single edge notched tension, SE(T), fracture speci- mens based upon fracture toughness tests and numerical analyses of stable crack growth conducted on specimen geometries extracted from pipe girth welds with different material properties. The study covers fracture resistance tests and crack growth analysis of plane strain and 3-D models for clamped SE(T) specimens with a weld centerline crack, in which a computational cell methodology to model Mode I crack extension in ductile materials is utilized to describe the evolution of J and CTOD with increased loading for the extending crack. Laboratory testing of girth welds made of different materials provides the measured crack growth resistance curves from which the key microstructural parameters utilized in the growth analysis are calibrated. The present investigation shows that CTOD resistance curves based on the double clip-gage (DCG) procedure are consistently higher than the corresponding fracture resistance data based on J-CTOD relationships, thereby potentially yielding nonconservative fracture toughness estimates. To gain a deeper insight in cor- relation of SE(T) fracture specimen R-curves with actual circumferentially cracked pipe, DCG based R-curves are also derived in actual pipe. Using homogenization procedure to accurately consider the effect of V-groove girth weld and clad layer confirmed our initial conclusion regarding DCG nonconservative assessment. Next step, we tried to measure the CTOD using only one CMOD values, unlike DCG that requires CMOD at two point, to overcome the DCG setup difficulty (it is a little bit cumbersome process to mount two clip gauge on one fracture specimen). Plastic rotational factor (rP) is investigated to see if it can measure CTOD precisely or not. The results show that it provides R-curves more conservative than J based CTOD values and less conservative than that of DCG method.

Este trabalho aborda a caracterização do deslocamento da abertura da ponta da trinca (CTOD ou ) sob regime de crescimento estável de trinca (trincas não estacionárias) em corpos de prova SE(T) carregados por garras. Essa caracterização é conduzida por meio de ensaios de tenacidade à fratura e análises numéricas de crescimento estável de trincas em geometrias de corpos de prova extraídas de juntas soldadas circunferências de dutos contendo diferentes propriedades mecânicas. O estudo abrange ensaios experimentais de curvas de resistência à fratura e análises numéricas de crescimento de trincas em condições de deformação plana e modelos 3-D em corpos de prova SE(T) fixados por garra que contêm uma trinca na linha central de solda. A descrição da evolução das forças motrizes (integral-J e do parâmetro CTOD) com o aumento do carregamento monotônico em modo I em materiais dúcteis se dá a partir da modelagem do crescimento de trincas utilizando células computacionais. Ensaios experimentais em soldas circunferenciais de diferentes materiais fornecem as curvas de resistência ao crescimento de trincas, a partir das quais os principais parâmetros microestruturais utilizados na análise de crescimento são calibrados. A presente investigação mostra que as curvas de resistência CTOD baseadas no uso do procedimento de duplo clipgage (DCG) são consistentemente mais altas do que os correspondentes dados de resistência à fratura baseados nas relações J-CTOD, potencialmente produzindo estimativas não conservadoras de tenacidade à fratura. Para obter uma compreensão mais profunda da correlação das curvas R medidas em corpos de prova SE(T) com o comportamento em dutos reais contendo trincas circunferenciais, curvas R baseadas em DCG também são derivadas a partir da modelagem de dutos. O uso do procedimento de homogeneização, para considerar com precisão o efeito da solda circunferencial com chanfro em V e do revestimento cladeado do duto, confirmou as evidências iniciais sobre a avaliação não conservadora da técnica de DCG. Ao contrário do DCG que requer a medição do CMOD em dois pontos distintos, nas etapas seguintes foram realizadas medições do CTOD usando apenas um valor de CMOD para superar a dificuldade da configuração do DCG (devido ao processo relativamente mais complicado em montar dois extensômetros do tipo clip-gage no corpo de prova). Para isso, é conduzida uma investigação do fator rotacional plástico (rp) para verificar a sua precisão na medição do CTOD. Os resultados mostram que ele fornece curvas R mais conservadoras do que as curvas provenientes dos valores de CTOD baseados na correlação com J, e menos conservadoras em relação às curvas oriundas do método DCG.