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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.3.2020.tde-09032020-082028
Document
Author
Full name
Denis Alves Ferreira
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2019
Supervisor
Committee
Burgos, Diego Felipe Sarzosa (President)
Donato, Gustavo Henrique Bolognesi
Vaz, Murilo Augusto
Title in Portuguese
Metodologia para caracterização da tenacidade à fratura usando corpos de prova em flexão quatro pontos.
Keywords in Portuguese
Ductilidade
Ensaios dos materiais
Falha dúctil
Mecânica da fratura
Tenacidade dos materiais
Abstract in Portuguese
Este trabalho estuda a viabilidade de propor uma metodologia para caracterizar curvas de resistência à fratura de materiais, tais como os aços de dutos usados na indústria de óleo e gás, utilizando corpos de prova em flexão quatro pontos (4PT). A definição da metodologia se dará por meio da obtenção das equações de flexibilidade, fator de intensidade de tensões, o fator de proporcionalidade entre a energia de deformação e a integral J, conhecido como fator ?, e do fator adimensional que contabiliza os efeitos do crescimento dúctil da trinca, conhecido como fator ?. Além disso, este trabalho também vai mostrar os efeitos da geometria sobre as restrições na ponta da trinca utilizando a teoria J-Q. A geometria em 4PT apresenta uma evolução na triaxialidade de tensões na ponta da trinca, similares ao de risers rígidos trincados circunferencialmente. A principal contribuição desta pesquisa é a metodologia detalhada para cálculo as curvas de tenacidade à fratura usando espécimes com seção transversal quadrada ou retangular submetidas a flexão em quatro pontos. Complementarmente, foram realizados experimentos para validar a metodologia proposta testando espécimes flexionados em quatro pontos. Os resultados foram comparados com dados experimentais de geometrias padronizadas SE(B) e SE(T). Os ensaios experimentais validaram as análises numéricas. Portanto, as equações propostas aqui podem ser utilizadas para determinar a tenacidade à fratura de materiais metálicos usando corpos de prova flexionados em quatro pontos.
Title in English
Methodology to characterize fracture toughness using four-point bend specimens.
Keywords in English
Ductile failure
Ductility
Fracture mechanics
Material fracture toughness
Material testing
Abstract in English
This work studies the feasibility of proposing a methodology to characterize the fracture resistance curves of materials, such as pipeline steels used in the oil and gas industry, using four-point (4PT) bending specimens. The methodology will be defined by obtaining the equations of flexibility, the stress intensity factor, a proportionality factor between the strain energy and the J-integral, known as ? factor, and the dimensionless factor that accounts for the effects of ductile crack growth, known as ? factor. Also, this work will show the geometry effects on crack tip constraint by using the J-Q theory. The 4PT geometry presents an evolution in the crack-tip stress triaxiality, which is similar to circumferentially cracked risers. The main contribution of this research is the detailed methodology for calculating fracture toughness curve using samples with square or rectangular cross section under four-pointbending loading. In addition, experimental test were carried out using to validate the proposed methodology testing four-point bending specimens. The results were compared with experimental data coming from standardized geometries SE(B) and SE(T). The experiments validated the numerical analyzes. Therefore, the equations proposed here can be used to measure the fracture toughness of steels by testing four-point bending specimens.
 
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Publishing Date
2020-03-09
 
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