Fratura por Clivagem

Transcrição

1 por Clivagem 27-Out-10 # Versão 12-f Antonio Fabiano de Oliveira Daniel B. Matsubara Francisco Carlos Ceoni Tiago Evangelista Gomes PMT5860 Teoria da plasticidade e da fratura dos materiais - Prof. Dr. Cláudio Geraldo Shön

2 Objetivos... Abordagem por contexto histórico Panorama tecnológico Eventos catastróficos motivadores Estudos relevantes dos processos de fratura 2

3 Fatos Marcantes e motivadores... Desastre do tanque de melaço em Boston. A quebra da barra de direção tira a vida de Sena. Ocorrências de fratura em navios durante a 2ª Guerra Mundial. O perito aponta a causa do acidente... Colapso na Silver Bridge sobre o rio Ohio... 3

4 Tipos de fratura... Questionamento sobre falhas. A elaboração de conceitos. A percepção de diferentes modos de fraturas. Falha nos materiais metálicos podem ser divididas em duas principais categorias Dúctil Frágil Trinca estável e envolve grande quantidade deformação plástica e detectada antecipadamente. Propagação de trinca veloz e instável, gerando situações catastróficas 4

5 Tipos de fratura... Alta energia é a energia absorvida pela coalescência de microvazios durante a falha dúctil (modo de fratura de alta energia). Baixa energia é absorvida durante a fratura por clivagem transgranular (modo de fratura de baixa energia). 5

6 Parte 2 Parte 1 Histórico da por clivagem... ~ 1910 Microscópio Eletrônico de Transmissão Antes da ~ 1950 Depois da ~ 2000 Histórico: em 1931 na Alemanha, Knoll e Ruska desenvolveram o primeiro microscópio eletrônico, com base nos experimentos de Bush (1926). Aplicabilidade: análises morfológicas, caracterização de precipitados e parâmetros de rede. 6

7 Histórico da fratura por clivagem... 7

8 Parte 1 Inglis (1913) Antes da Experimentos de tração em placas e observação do comportamento da tensão sobre um pequeno buraco. 8

9 Parte 1 Inglis (1913) Antes da Comportamento de fratura em outras formas geométricas

10 Parte 1 Griffith (1921) [8] Determinou a perda de energia na deformação a partir da análise de Inglis. De acordo com a equação: Antes da A energia de superfície equação: foi determinada pela a Pilares da mecânica da fratura. 10

11 Parte 1 Griffitth (continuação) [8] Materiais frágeis contém microtrincas elípticas. Antes da Relação comprimento de trinca x energia de superfície Modificação da teoria de Griffith por Irwin e Orowan 11

12 Parte 1 Irwin (1957) [8] Trinca em linha. Antes da Atrito na superfícies da trinca. Critério para crescimento de trinca. Método Westergaard. 12

13 Parte 2 Benefícios mecânica da fratura: Prever valores quantitativos de tenacidade do material. Depois da Prevenir fraturas em serviço: Divisão da mecânica da fratura: fratura linear-elástica. fratura elasto-plástica. 13

14 Parte 2 Barenblatt (1959) [6] [8] Trincas podem se propagar indefinidamente. Depois da Problema da não linearidade. Trincas não elipticas. 14

15 Parte 2 Bazant (1984) [8] Depois da Regimes por funções de distribuição de probabilidade. distribuição de Weibull distribuição Gaussiana Materiais pseudofrágeis e as distribuições intermediárias. 15

16 Parte 2 CTOD (Crack Tip Open Displacement) Método por Wells e Cotrell [4]. Depois da Novo critério de fratura. A ruptura e o valor crítico de abertura de trinca (dc). Cottrell e o paradoxo. 16

17 Parte 2 Curry e Knott (Década de 80) Disseminação do argumento estatístico. Modelos estatísticos para o estudo da fratura por clivagem Corpos de prova do mesmo material e geometria na região de transição, poderiam fornecer diferentes resultados de tenacidade. Partícula crítica como gatilho da fratura. 17

18 Parte 2 Os avanços Estudos sobre s frágeis com auxílio de FEM [9]. Antecipar possíveis problemas na implementação de projetos Depois da 18

19 Parte 2 Os avanços Baixo custo para protótipos e ensaios de amostras. Sistemas de FEM aceleram a implementação de projetos. Depois da Redução nos custos do projeto. 19

20 Parte 2 Novos avanços Os sistemas de computação executam softwares de FEM auxiliando o desenvolvimento de projetos Depois da Refinamento de nós em sistemas de FEM indicam pontos de esforços. Pontos críticos de máximos e mínimos devem ser instrumentados. 20

21 Conclusão. O que temos: Desenvolvimento X evolução das Ciências. Avanços tecnológicos X necessidades de recursos. Cristalografia e a física de vácuo. Conhecimento do fenômeno de fraturas. Larga utilização de capacidade computacional 21

22 Conclusão. O que desejamos: Materiais mais leves, resistentes e seguros. Redução do consumo de energia x demanda de recursos. Balanço energético favorável e sustentável. 22

23 Demonstração de Simulação por FEM. Evolução da tensão residual Tensões Normais 23

24 Bibliografia [1] Sanford, R.J., Principles of fractures mechanics, 2003, Prentice Hall, ISBN [2] Hull, D., Bacon, D.J., Introduction to dislocations, 2001, Forth edition, butterworth-heinemann, ISBN [3] Smallman, R.E., Bishop, R.J., Modern physical metallurgy & materials engineering, 1999, sixth edition, Butterworth-Heinemann, ISBN [4] Cottrell, A.H., Theory of brittle fracture in steel and similar metals, 1958, Transactions of the metallurgical society of AIME, Vol.212, p [5] Stroh, A.N., Advanced Physiscs, Vol 6. [6] Barenblatt, G.I., The matematical theory of Equilibrium cracks in Britlle fractures. Institute of Geology and Development of combustible minerals os the U.R.S.S. Academy of Science. [7] WELLS, A. A., "Unstable Crack Propagation in Metals - Cleavage and Fast Fracture", Crack Propagation Symposium Proc., Cranfield College of Aeronautics, 1, p. 210, 1961, cit. ref.15. [8] Schön, C.G., Mecânica dos Materiais: Apostila redigida para uso nos cursos PMT2405- Mecânica dos Materiais e PMT Teoria da plasticidade e da fratura dos materiais / 5 ed.,são Paulo (2010). 366 p. [9] Reddy, J. N.,An Introduction to the Finite Element Method, 3 rd.ed., McGraw-Hill, New York,