[en] MODIFICATION AND VALIDATION OF MULTIAXIAL FATIGUE CRITERIA FOR FINITE LIFE PREDICTION

[pt] MODIFICAÇÃO E VALIDAÇÃO DE CRITÉRIOS DE FADIGA MULTIAXIAL PARA PREVISÃO DE VIDA FINITA

[pt] GABRIEL ARAUJO CARVALHO DA SILVA

[pt] FADIGA MULTIAXIAL

[pt] METODO DA ELIPSE

[pt] ACOS ESTRUTURAIS

[pt] INDICE DE ERRO

[pt] CARREGAMENTOS EM FASE

[pt] PREVISAO DE VIDA EM FADIGA FINITA

[pt] EIXOS VIRABREQUINS

[en] MULTIAXIAL FATIGUE

[en] ELLIPTICAL METHOD

[en] STRUCTURAL STEELS

[en] ERROR INDEX

[en] LOADINGS IN PHASE

[en] FINITE FATIGUE-LIFE PREDICTION

[en] CRANKSHAFTS

[pt] Em projetos de engenharia, é muito comum que componentes mecânicos sejam submetidos a carregamentos que impõem, ao mesmo tempo, um estado de tensão não-trivial e variante no tempo. Para garantir a robustez de projeto, faz-se necessário a aplicação de teoria mais robusta, adequada para a avaliação do comportamento em fadiga para solicitações que não sejam uniaxiais. O presente estudo busca avaliar a capacidade de um critério de fadiga multiaxial desenvolvido por Castro, Pereira e Darwish (Método da Elipse), onde a vida em fadiga de componentes submetidos a condições de carregamento síncronas e senoidais são aplicadas a corpos de prova (CPs) feitos a partir do aço DIN 42CrMo4. A avaliação é feita por meio de comparação com critérios de fadiga multiaxial já existentes na literatura, a saber: Findley (F), Matake (M), McDiarmid (McD), Susmel & Lazzarin (S&L), Carpinteri & Spagnoli (C&S) e Papadopoulos (P). À exceção de C&S, previamente adaptado pelos próprios autores para que pudesse prever o número de ciclos para falha, o presente estudo realizou as modificações necessárias para que todos os critérios em questão possam prever a vida em fadiga. As previsões de todos os critérios, incluindo as previsões obtidas pelo método da elipse (E), foram comparadas com observações experimentais feitas para ensaios multiaxiais em CPs do aço em questão. A comparação revelou que o critério mais preciso é o de C&S, enquanto o segundo mais preciso é o da E. No entanto, convém mencionar que o critério de C&S apresenta uma tendência levemente não conservadora, uma vez que em alguns casos previu vidas superiores ao que foi observado experimentalmente. Adicionalmente, o critério de C&S apresenta um equacionamento mais trabalhoso, e a aplicação do critério depende de mais etapas. Nesse sentido, o critério da elipse se torna atrativo, uma vez que foi o segundo mais preciso, com tendência levemente conservadora e, de todos, é o critério de mais fácil aplicação, podendo prever a vida através de uma simples varredura numérica. Convém mencionar que o critério apresentou razoável concordância com os resultados experimentais.

[en] Mechanical components are very commonly subjected to nontrivial, time-variant stress-states during their operations, and therefore must be designed adequately in order to prevent failures due to fatigue. Given the complex nature of non-uniaxial stress-states, it is important to consider a robust and adequate theoretical approach that will ensure the safety of engineering designs. The present study aims to assess the predictive capability of a new multiaxial fatigue criterion proposed by Castro, Pereira and Darwish, henceforth named Elliptical Method (E), wherein the fatigue lives of specimens subjected to synchronous sinusoidal axial and torsional loadings are evaluated. These specimens are manufactured from DIN 42CrMo4 steel. The assessment is carried out by comparing the predictive capability of the elliptical method (E) with the predictions obtained through other criteria available in the literature, namely Findley (F), Matake (M), McDiarmid (McD), Susmel & Lazzarin (S&L), Carpinteri & Spagnoli (C&S) and Papadopoulos (P). With the exception of the C&S criterion, which has been previously adapted by the authors themselves in order to predict fatigue-life, this study appropriately adapts the other criteria to predict the number of cycles to failure of a certain specimen under a given loading condition. Thus, all the predictions (including the ones obtained through the elliptical method) are compared to experimental observations relative to multiaxial tests carried out with the aforementioned specimens. The comparison reveals that the C&S criterion is the one that presents the most accurate prediction capability, while the elliptical method achieves second place. Yet, the C&S criterion shows some problems: it presents a slightly non-conservative behaviour since some of its fatigue-life predictions appear higher than those observed experimentally. Also, this particular criterion requires the most extensive procedure in order to obtain the number of cycles to failure. On the other hand, although not as precise as the C&S criterion, the elliptical method presents the second most accurate predictive capability, with the advantages of being approximately 24% conservative, as well as being the easiest criterion to apply among all the considered models. This criterion (E) also presents reasonably accurate results when compared to experimental observations.

MARCOS VENICIUS SOARES PEREIRA

TIAGO LIMA D ALBUQUERQUE E CASTRO

2022-07-11

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https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.59920