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Disertación de Maestría
DOI
Documento
Autor
Nombre completo
Keurrie Cipriano Goes
Dirección Electrónica
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
São Paulo, 2010
Director
Tribunal
Batalha, Gilmar Ferreira (Presidente)
Camarão, Arnaldo Freitas
Pereira, Marcos Venicius Soares
Título en portugués
Um modelo para previsão de vida à fadiga de juntas soldadas submetidas a carregamentos combinados.
Palabras clave en portugués
Carregamento cíclico combinado
Elementos finitos
Fadiga
Hot spot
Integridade estrutural
Junta soldada
Resumen en portugués
O presente trabalho teve como objetivo desenvolver uma metodologia prática e confiável para previsão de vida à fadiga de juntas soldadas a cordão pelo processo MIG/MAG, quando estas estão submetidas a carregamentos cíclicos combinados. A máxima tensão linear no pé da solda, região típica de início de trinca, conhecida como hot spot foi utilizada para prever a vida através do método de Fadiga de Alto Ciclo S x N (Tensão x Vida), largamente empregado em códigos de projeto de estruturas soldadas. O Método dos Elementos Finitos foi utilizado para determinação das tensões estruturais resultantes do carregamento e das descontinuidades geométricas presentes nos cordões de solda. A análise de fadiga foi efetuada em ambiente virtual, através de um software (programa) de fadiga capaz de importar as tensões atuantes na região da solda para cada carregamento, combinando-as e obtendo assim a vida à fadiga decorrente da somatória dos diferentes tipos de carregamento ao qual a junta foi submetida. As propriedades monotônicas e cíclicas dos materiais da junta foram obtidas da literatura e de um extenso banco de dados disponível no software de fadiga. Estas propriedades foram ajustadas com base em ensaios de laboratório nas juntas investigadas. A medição ou modelagem das tensões residuais inerentes ao processo de soldagem não fazem parte do escopo deste trabalho. Contudo, os efeitos térmicos e metalúrgicos resultantes do processo de soldagem, como distorções, tensões residuais, variações microestruturais e propriedades mecânicas foram considerados de forma indireta, através da correção das curvas de fadiga nos corpos de prova investigados. Corpos de prova do tipo tubo-placa foram submetidos a carregamentos cíclicos combinados (flexão e torção) de amplitude constante. O resultado da análise virtual de durabilidade foi, portanto, calibrado com base nestes experimentos e curvas disponíveis em códigos de projeto de fadiga como BS7608 e Eurocode 3. A aplicabilidade deste método numérico-experimental e suas contribuições para a garantia da Integridade Estrutural do projeto de juntas soldadas são apresentadas. Seus desafios e melhorias são por fim discutidos.
Título en inglés
A fatigue life prediction model of welded joints under combined cyclic loading.
Palabras clave en inglés
Combined cyclic loading
Fatigue
Finite elements
Hot spot
Structural integrity
Welded joint
Resumen en inglés
The main purpose of this work is to develop a practical and robust methodology to evaluate the fatigue life in seam weld joints fabricated with GMAW process when subjected to combine cyclic loading. The maximum linear stress at the typical crack initiation region, better known as hot spot stress, was used to calculate the fatigue life through high cycle fatigue method S x N (Stress x Life), widely used in design codes for the life assessment of welded structures. The Finite Element Method (FEM) was used to obtain the structural stresses distribution due the external loading and geometric discontinuities very common in seam weld joints. The fatigue analysis was conducted in virtual environment. The FEM stress results from each loading were imported to fatigue code FE-Fatigue and combined to perform the fatigue life prediction. The monotonic and cyclic properties of the joint materials were obtained in the literature and from the fatigue software database. These properties were adjusted based on laboratory fatigue tests in the investigated welded joints configurations. The measurement or modeling of the residual stresses resulted from the welded process is not part of this work. However, the thermal and metallurgical effects, like distortions and residual stresses, were considered indirectly through fatigue curves corrections in the samples investigated. A tube-plate specimen was submitted to combine cyclic loading (bending and torsion) with constant amplitude. The virtual durability analysis result was calibrated based on these laboratory tests and design codes such as BS7608 and Eurocode 3. The feasibility and application of the proposed numerical-experimental methodology and contributions for the welded joints structural integrity design are presented. The challenges and improvements are finally discussed.
 
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Fecha de Publicación
2010-09-08
 
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