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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.3.2010.tde-01032011-114432
Documento
Autor
Nome completo
Joelmir Mariano de Souza
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2010
Orientador
Banca examinadora
Schön, Cláudio Geraldo (Presidente)
Branciforti, Márcia Cristina
Valera, Ticiane Sanches
Wiebeck, Hélio
Yoshimura, Humberto Naoyuki
Título em português
Estudo do ensaio de determinação da tenacidade à fratura em deformação plana (KIc) em PMMA e análise das tensões desenvolvidas por fotoelasticidade.
Palavras-chave em português
Fotoelasticidade
Método de introdução de pré-trincas
Poli(metacrilato de metila) PMMA
Tenacidade à fratura em polímeros (ensaio)
Resumo em português
No presente trabalho produziu-se amostras de flexão em três pontos, SENB, a partir de placas moldadas por compressão feitas de uma resina de Poli(metacrilato de metila) comercial. Dois conjuntos contendo 6 amostras cada foram então pré-trincados por meio de uma lamina afiada de aço adotando-se dois métodos diferentes propostos pela literatura técnica: através de batidinhas (gentle tapping) e através da inserção controlada a velocidade constante da lâmina, ambas usando um dispositivo especialmente desenhado para este fim. Estas amostras foram então submetidas ao ensaio de tenacidade à fratura em deformação plana, KIc, com o intuito de se testar a hipótese de que os diferentes métodos introduzem diferentes padrões de dano na matriz próxima à região da ponta da pré-trinca, o que, por sua vez, influência os resultados obtidos. Adotou-se a norma ASTM D 5045 como padrão do ensaio. Todas as amostras produziram resultados válidos para KIc, considerando-se os critérios da norma. Os resultados confirmam a hipótese inicial mostrando que os diferentes métodos de introdução da pré-trinca influenciam o valor medido de KIc a um nível de significância de 5% para a diferença das médias obtidas nos dois grupos, sendo que o valor mais conservador é obtido quando as pré-trincas são introduzidas pelo método das batidinhas (KIc = 1,15 ± 0,11 MPa m1/2). Com base nestes resultados novas amostras com geometria auto-similar às anteriores foram produzidas e usadas para a investigação do estado de tensão desenvolvido nas amostras pelo método da fotoelasticidade. Os resultados confirmam que os diferentes métodos de pré-trincamento produzem diferentes padrões de Moiré próximos à ponta da trinca, o que prova que os estados de tensão são efetivamente afetados e que o método da inserção controlada produz a maior perturbação no campo de tensão próximo à ponta da pré-trinca.
Título em inglês
Study of test for determining fracture toughness in plane strain (KIc) in PMMA and stress analysis developed by photoelasticity.
Palavras-chave em inglês
Photoelasticity
Plane strain fracture toughness in polymers (test)
Poly(methyl metacrylate) PMMA
Pre-cracking methods
Resumo em inglês
Single-Edge-Notch Bending samples produced out of compression-molded plates obtained from a commercial Poly(methyl metacrylate), PMMA, resin were investigated concerning the influence of the adopted pre-cracking methodology on plane strain fracture toughness results according to ASTM D 5045 standard. Two sets of 6 samples each were pre-cracked using a sharp-edge scalpel steel blade using two methodologies proposed in the technical literature: by gentle tapping on the blade and by controlled insertion at constant velocity, both using a device specially designed for these purposes. These sample were, then, submitted to the plane strain fracture toughness (KIc) test based on the hypothesis that different pre-cracking methods result in different damage levels of the matrix near the pre-crack tip and, hence, in different measured values for KIc. All samples produced valid results for KIc based on the geometric criteria adopted by the standard. The results confirm the original hypothesis showing that the two pre-cracking methods influence the measured value at a significance level of 5% for the comparison of the averages obtained in both sets. The most conservative value for plane strain fracture toughness of the investigated resin is obtained by pre-cracks introduced by gentle tapping on the blade (KIc = 1.15 ± 0.11 MPa m1/2). Based on these results new samples with a self-similar geometry were produced and submitted to photoelasticity tests to investigate the influence of the pre-cracking methods on the strain-field developed during three-point bending loading. The results confirm that the different methods produce different Moiré patterns close to the pre-crack tip, proving that the developed stress fields are different and that pre-cracks introduced by controlled insertion of the blade produce the largest perturbations of the strain field close to the pre-crack tip.
 
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Data de Publicação
2011-04-19
 
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  • de Souza, Joelmir Mariano, et al. Effect of sample pre-cracking method and notch geometry in plane strain fracture toughness tests as applied to a PMMA resin [doi:10.1016/j.polymertesting.2012.06.003]. Polymer Testing [online], 2012, vol. 31, p. 834-840.
  • SOUZA, J. M. DE, PERES, F. M., and SCHON, Claudio Geraldo. Methods for introducing pre-crack in fracture mechanics testing of polymers. In 17th European Conference on Fracture, Brno, 2008. Multilevel approach to fracture of materials, components and structures.Brno : ESIS Czech Chapter, 2008.
  • SOUZA, J. M. DE, PERES, F. M., e SCHON, C. G. Prática do Ensaio de Tenacidade à Fratura em Poli(Metacrilato de Metila). In 18o Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais, Porto de Galinhas - PE, 2008. Anais.Recife : UFPE, 2008. Dispon?vel em: http://www.cbecimat.com.br.
  • PERES, F. M., SOUZA, J. M. DE, e SCHON, C. G. Prática dos Ensaios de Tenacidade à Fratura e Integral-J em Polietileno de Média Densidade. In 18o Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais, Porto de Galinhas - PE, 2008. Anais.Recife : UFPE, 2008.
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