[pt] AVALIAÇÃO DE FALHA POR FADIGA EM TESTE ULTRASSÔNICO COM BASE NA EVOLUÇÃO DA TEMPERATURA E MECANISMOS DE INICIAÇÃO DE TRINCAS

[en] FATIGUE FAILURE ASSESSMENT IN ULTRASONIC TEST BASED ON TEMPERATURE EVOLUTION AND CRACK INITIATION MECHANISMS

[pt] MARIA CLARA CARVALHO TEIXEIRA

[pt] TERMOGRAFIA INFRAVERMELHA

[pt] MICROPLASTICIDADE

[pt] FADIGA DE ALTISSIMO CICLO

[pt] ACOS ESTRUTURAIS

[pt] FGA

[en] INFRARED THERMOGRAPHY

[en] MICROPLASTICITY

[en] VERY HIGH CYCLE FATIGUE

[en] STRUCTURAL STEELS

[en] FGA

[pt] A determinação da vida à fadiga para projetar estruturas e componentes mecânicos é extremamente importante. A curva S-N pode ser afetada por diferentes condições operacionais e alguns fatores são mais pronunciados no teste ultrassônico de fadiga, dependendo do material. A influência da alta frequência nos fenômenos de autoaquecimento e o efeito da frequência são discutidos. Um aspecto relevante em VHCF é o mecanismo de iniciação e propagação de trincas. Os fenômenos como olho de peixe e área fina granular (FGA) foram encontrados nas superfícies de fratura. Esta tese está dividida em 3 tópicos: evolução da temperatura, amplitude de deformação da microplasticidade e investigação da região FGA. Os materiais em estudo são os aços DIN 34CrNiMo6 e DIN 42CrMo4. O teste de fadiga ultrassônica foi realizado em diferentes condições de carregamento no modo intermitentes e acompanhado por câmera termográfica infravermelha. Esses resultados obtidos para a câmera termográfica foram usados para desenvolver um modelo de inteligência artificial usando aprendizado de máquina para prever a curva temperatura-número de ciclos. O modelo foi capaz de prever a temperatura e os valores do coeficiente de determinação estão acima de 0,98. Para prever a vida à fadiga, foram escolhidos parâmetros baseados em tensão, curva S-N tradicional, temperatura no início do teste, (razão de Rayleigh), dissipação de calor, Qcyc e gradiente de temperatura. A temperatura em estado estacionário foi atingida em aproximadamente 5E+04 ciclos em ambos os aços. Observa-se que o número de ciclos até a falha aumenta à medida que a inclinação da temperatura (fase I) e a dissipação de calor diminuem. (razão de Rayleigh) forneceu melhor concordância com os resultados experimentais seguido por Qcyc. Além disso, grãos ultrafinos na seção transversal do FGA entre 500 -700 nm dentro da superfície da fratura foram detectados pela análise FIB e EBSD. O local grain refinament foi escolhido como o melhor modelo para explicar a formação de FGA. As inclusões não metálicas Al2O3 foram responsáveis por todas as iniciações internas da trinca de fadiga.

[en] The determination of fatigue life to design structures and mechanical components is extremely important. The S-N curve can be affected by different operational conditions, and some factors are more pronounced under ultrasonic fatigue test, depending on the material. The influence of the high frequency in self-heating phenomena and frequency effect are discussed. A relevant aspect in VHCF is the mechanism of crack initiation and propagation. The fish-eye and fine granular area (FGA) phenomena were encountered on the fracture surfaces. This thesis is divided in 3 topics: temperature evolution, microplasticity strain amplitude, and investigation of the FGA region. The materials under study are DIN 34CrNiMo6 and DIN 42CrMo4 steel. Ultrasonic fatigue test was conducted at different intermittent driving and loading ratios, accompanied by an infrared thermographic camera. These results obtained by the thermographic camera were used to developed an artificial intelligence model using machine learning to predict the temperature-number of cycle curves based on the fatigue life. The model was able to predict the temperature and the coefficient of determination values to be above 0.98. In order to predict the fatigue life, parameters were selected based on stress, the traditional S-N curve, slope temperature at the beginning of the test, (Rayleigh ratio), heat dissipation, Qcyc, and gradient temperature. A steady state temperature was reached approximately in 5E+04 cycles with both steels. It is noticeable that the number of cycles to failure increases as slope temperature and heat dissipation decreases. (Rayleigh ratio) provided better agreement with the experimental results followed by Qcyc. Moreover, ultrafine grains in the cross–section of the FGA between 500 - 700 nm within the fracture surface were detected by FIB and EBSD analysis. Local grain refinement was choose the best model to explain FGA formation. The non-metallic inclusions were ultimately responsible for all internal crack initiations of Al2O3.

MARCOS VENICIUS SOARES PEREIRA

MARCOS VENICIUS SOARES PEREIRA

ANA ROSA FONSECA DE AGUIAR MARTINS

AMANDA LEMETTE TEIXEIRA BRANDAO

SUZANA BOTTEGA PERIPOLLI

LUIS FILIPE GALRAO DOS REIS

2023-11-09

2023-04-18

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https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.64720