Metodologias para correção de tunelamento e plasticidade na flexibilidade elástica de geometrias SE(B) e SE(T) - abordagem numérica e experimental

Abstract

Buscar o entendimento do comportamento mecânico de materiais modernos de alta resistência e alta capacidade de absorção de energia é de suma importância para garantir integridade de estruturas de alta responsabilidade. Em um cenário onde a otimização de geometrias se mostra cada vez mais relevante, estudar o comportamento destes materiais sob a perspectiva da mecânica da fratura é imprescindível para garantir a operação segura e eficiente destas estruturas. Sabendo disso, este trabalho aborda os efeitos do tunelamento da frente de trinca e da plasticidade na técnica da flexibilidade elástica no descarregamento (do inglês elastic unloading compliance, EUC) com o objetivo de proporcionar a determinação mais precisa do tamanho instantâneo de trincas ao longo de ensaios de mecânica da fratura. Sequência da obra de Andrade (2016), onde estes efeitos foram investigados e propostas preliminares elaboradas, este trabalho almeja o aprofundamento da compreensão fenomenológica e o desenvolvimento de abordagens de correção para ambos os efeitos por meio de exploração numérica e ensaios de corpos de SE(B) e SE(T)c fabricados com aço X65MS. Para o efeito do tunelamento, foi validada a modelagem de trinca semielíptica utilizada por Andrade (2016), enquanto a proposta de correção do tunelamento, apesar de dependente de proporções geométricas dos corpos de prova, se mostrou promissora, o que possibilitou o desenvolvimento de alternativa independente deste fator com resultados no âmbito numérico bastante satisfatórios. Para a plasticidade, é buscado um entendimento individual de efeitos que ocorrem simultânea e concorrentemente ao carregar um corpo de prova da mecânica da fratura (com foco em blunting, redução da área do ligamento remanescente e rotação). Este estudo foi realizado por meio de simulações de elementos finitos, variando as não linearidades de material e de geometria (grandes deslocamentos), onde é possível concluir que o aumento da flexibilidade de corpos de prova ocorre apenas quando ambos os efeitos são ativados simultaneamente nos modelos. Isto possibilitou uma conclusão preliminar da existência de um efeito predominantemente geométrico que afeta a flexibilidade elástica de corpos de prova da mecânica da fratura quando estes são carregados além do limite elástico do material. Com isso, este trabalho demonstra que a redução de área do ligamento remanescente, em uma análise numérica contendo trinca estacionária, é bastante substancial e pode ser responsável pelo comportamento da evolução da flexibilidade com o CMOD mostrado por Andrade (2016). Simulações adicionais contendo modelo de dano GTN calibrados experimentalmente mostram que, apesar de existir correlação entre a área do ligamento remanescente e o tamanho instantâneo de trinca, fatores adicionais existem, e a elaboração de propostas de correção que sejam práticas para aplicação em laboratório necessitam de investigação adicional.