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Tesis Doctoral
DOI
10.11606/T.3.2009.tde-15092009-161933
Documento
Autor
Nombre completo
Fabiano Moreno Peres
Dirección Electrónica
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
São Paulo, 2009
Director
Tribunal
Schön, Cláudio Geraldo (Presidente)
Branciforti, Marcia Cristina
Hage Junior, Elias
Tarpani, José Ricardo
Wiebeck, Hélio
Título en portugués
Métodos de mecânica da fratura aplicados a polietileno de média densidade destinado à extrusão de tubos.
Palabras clave en portugués
Distribuição de água
Mecânica da fratura
Tubos
Resumen en portugués
O polietileno de média densidade (PEMD) é um polímero termoplástico parcialmente cristalino, cujo uso tem crescido bastante em aplicações de engenharia, como em tubos plásticos para sistemas de distribuição de água e de gás. Sob carga constante, entretanto, este material pode eventualmente apresentar fratura por fluência, por meio de um mecanismo de crescimento lento de trincas, provocando acentuadas perdas por vazamento nos sistemas. Os métodos atuais empregados pela indústria para estimar a durabilidade dos tubos são caros, demorados, pouco práticos e imprecisos. Busca-se o desenvolvimento de técnicas mais eficientes, sendo que os métodos da mecânica da fratura são promissores no sentido de descrever a etapa de propagação da trinca. Ensaios de mecânica da fratura, entretanto, requerem a introdução de pré-trincas nos corpos de prova. Sabe-se que as técnicas artificiais de introdução de pré-trincas causam algum tipo de dano na matriz polimérica, que pode ou não afetar os resultados dos ensaios, dependendo dos eventos que ocorrerem após o carregamento inicial. A principal propriedade requerida de um método de introdução de pré-trinca, portanto, é reprodutibilidade. Neste estudo foram aplicados três importantes métodos de mecânica da fratura ao PEMD e investigados os efeitos de diferentes técnicas de introdução de pré-trincas sobre os resultados dos ensaios e sobre as estruturas de deformação na matriz do material na ponta da trinca. Os ensaios de tenacidade à fratura no estado plano de deformação - KIc - foram realizados em condições criogênicas, em vista do comportamento dúctil do material à temperatura ambiente, sendo que a estratégia mostrou-se satisfatória. Os resultados dos ensaios de Integral-J sugerem que o método pode não ser aplicável ao PEMD, devido ao peculiar mecanismo de fratura do material. O método do trabalho essencial de fratura - EWF - se aplica bem ao PEMD. Os resultados dos ensaios de KIc e EWF demonstraram que diferentes técnicas de introdução de pré-trincas provocam diferentes estruturas de deformação no material na ponta da trinca e afetam os resultados de ensaios de fratura no PEMD. Os resultados de EWF demonstraram ainda que o processamento também afeta as propriedades de fratura do material. É proposta uma nova técnica para a introdução de pré-trincas, com características mais naturais, a qual requer estudos complementares para seu aperfeiçoamento.
Título en inglés
Fracture mechanics methods applied to medium density polyethylene designed for extrusion of pipes.
Palabras clave en inglés
Essential work of fracture
Gas distribution
J-Integral
Pipes
Plane-strain fracture toughness
Polyethylene
Water distribution
Resumen en inglés
Medium density polyethylene (MDPE) is a semicrystalline thermoplastic polymer that has been increasingly used in engineering applications, as plastic pipes for water and gas distribution systems. Under constant load, however, this material may occasionally present creep failure, by means of a mechanism of slow crack growth, leading to leakage losses in the systems. Current methods used by industry to estimate durability of pipes are expensive, time consuming, non practical and inaccurate. The development of more efficient methods is a common target and fracture mechanics methods are promising in describing the crack propagation stage. Fracture mechanics testing methods, however, require the introduction of pre-cracks into the specimens. It is known that artificial methods of introducing pre-cracks produce some damage on the polymeric matrix, which may or not affect the results of tests, depending on the events that occur after the initial loading. Main propriety required of a pre-crack introducing method, therefore, is reproducibility. In this study three important fracture mechanics methods were applied to MDPE and the effects of different methods of pre-cracking over test results and over deformation structures of material matrix at the crack tip were investigated. Plane-strain fracture toughness - KIc tests were performed under cryogenic conditions, in view of the ductile behavior of material at room temperature and this strategy was well succeed. Results of Integral-J tests suggest that this method may not be applicable to MDPE, due to the peculiar fracture mechanism of the material. The essential work of fracture method EWF is well suited to study MDPE. The results of KIc and EWF tests showed that different pre-cracking methods cause different deformation structures in the material at the crack tip and affect the fracture tests with MDPE. EWF results showed also that the processing affect the fracture properties of materials too. It is proposed a new method for introducing pre-cracks, with more natural characteristics that requires complementary studies for its improving.
 
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Este documento es únicamente para usos privados enmarcados en actividades de investigación y docencia. No se autoriza su reproducción con finalidades de lucro. Esta reserva de derechos afecta tanto los datos del documento como a sus contenidos. En la utilización o cita de partes del documento es obligado indicar el nombre de la persona autora.
Fecha de Publicación
2009-10-09
 
ADVERTENCIA: El material descrito abajo se refiere a los trabajos derivados de esta tesis o disertación. El contenido de estos documentos es responsabilidad del autor de la tesis o disertación.
  • 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.
  • Peres, Fabiano M., Schön, Cláudio Geraldo, and Tarpani, José R. Effect of precracking method on KIc results for medium-density polyethylene tested under cryogenic condition [doi:10.1016/j.polymertesting.2010.05.006]. Polymer Testing [online], 2010, vol. 29, p. 667-673.
  • Peres, Fabiano Moreno, TARPANI, JOSÉ RICARDO, e Schön, Cláudio Geraldo. An assessment of essential work of fracture testing method applied to medium density polyethylene (MDPE) [doi:10.1016/j.engfracmech.2013.03.027]. Engineering Fracture Mechanics [online], 2013, vol. 105, p. 136-151.
  • 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.
  • PERES, F. M., Tarpani, José R., e SCHON, C. G. Efeito do método de pré-trincamento nos resultados de KIc para o polietileno de me´dia densidade sob condição criogenica. In 19o Cbecimat - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais, Campos do Jordão, 2010. Programa.São Carlos : DEMa-UFSCar, 2010. Resumo. Dispon?vel em: http://www.cbecimat.com.br/detalhes.asp?Id=631.
  • 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.
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