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Doctoral Thesis
DOI
Document
Author
Full name
Eric Vargas
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2019
Supervisor
Committee
Gonçalves, Edison (President)
Andrade, Arnaldo Homobono Paes de
Driemeier, Larissa
Laier, Jose Elias
Orselli, Reinaldo Marcondes
Title in Portuguese
Análise da fratura em campos complexos de tensão residual.
Keywords in Portuguese
Mecânica da fratura
Método de Elementos Finitos
Tensão residual
Abstract in Portuguese
Este trabalho apresenta uma metodologia que permite a análise da fratura considerando a existência de um campo complexo de tensões tridimensionais na ponta da trinca em cada instante relacionado ao seu estágio de crescimento. Tais tensões são obtidas por simulações numérico-computacionais, empregando o método de elementos finitos, das condições de projeto, como tensões térmicas ou residuais oriundas de um processo de soldagem, e também das condições de serviço. Esta metodologia se diferencia por possibilitar que o campo de tensões residuais reformule-se com a propagação da trinca sem a alteração da malha, permitindo assim a avaliação mais realista do fenômeno. O estudo possui um caráter determinístico, apesar das incertezas e aleatoriedades dos vários parâmetros envolvidos, por exemplo, as propriedades mecânicas dos materiais, os carregamentos, os defeitos físicos e das próprias tensões residuais. A revisão bibliográfica aborda as literaturas referentes à análise da fratura, térmica e das tensões residuais, como os mecanismos e modos de falha, cálculo do campo de tensões ao redor da trinca derivados de carregamentos variados, procedimentos para a análise da fratura, análise das tensões residuais das juntas soldadas, entre outras. A validação da metodologia é conduzida pela comparação dos resultados obtidos para a distribuição térmica após o processo de soldagem, das tensões residuais resultantes e da análise da fratura. Finalmente, aplica-se a metodologia para a análise da fratura em um caso exemplo que considera a existência de uma trinca no vaso de pressão do reator nuclear de Angra 1, levando-se em conta as suas condições de projeto e de serviço.
Title in English
Fracture analysis in complex fields of residual stress.
Keywords in English
Finite Element Method
Fracture
Residual stress
Abstract in English
This work presents a methodology that allows the analysis of the fracture considering the existence of a complex field of three-dimensional stresses at the crack tip in each instant related to its stage of growth. Such stresses are obtained by numerical-computational simulations, using the finite element method, the design conditions, such as thermal or residual stresses from a welding process, as well as the service conditions. This methodology is distinguished by allowing the residual stress field to be reformulated with the crack propagation without remeshing, allowing a more realistic evaluation of the phenomenon. The study has a deterministic character, despite the uncertainties and randomness of the various parameters involved, for example, the mechanical properties of the materials, the loads and the physical defects and the residual stresses. The literature review deals with the analysis of fracture, thermal and residual stresses analysis, such as mechanisms and failure modes, calculation of the stresses field around the crack derived from general loads, procedures for fracture analysis, stress analysis welded joints, among others. The methodology validation is carried out by comparing the results of the thermal distribution after the welding process, the resulting residual stresses and fracture analysis. Finally, the methodology for fracture analysis is applied in an example that considers the existence of a crack in the pressure vessel of the Angra 1 nuclear reactor, taking into account its design and service conditions.
 
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EricVargasCorr19.pdf (10.04 Mbytes)
Publishing Date
2019-11-22
 
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