Caracterização do fator de intensidade de tensão em corpos trincados através do método dos elementos finitos

Abstract

The industry generally has sought materials with high mechanical resistance, low density, thermal stability and corrosion resistance. In the aerospace industry, for example, the use of aluminum alloys, such as Al 2024-T351 and Al 7075-T7351, have become essential. However, the use of these materials often do not resulted in a satisfactory performance of the component, since the presence of cracks can cause total rupture of the component, even with a tension below the yield stress of the material, unexpectedly. In this work, these aluminum alloys were analyzed and samples were modeled by the finite element method. Moreover, in the models were applied two different types of cracks, central and edge crack, a vertical force was applied to result in a tension 70% of the yield stress of the material analyzed. Through stress asymptotic distribution in the region near the crack tip were calculated the values of the stress intensity factors for each crack length, after the stress intensity factors characterized were compared graphically with the values of fracture toughness found in the available literature

A indústria em geral têm buscado materiais de alta resistência mecânica, baixa densidade, além de estabilidade térmica e resistência a corrosão. No ramo aeronáutico, por exemplo, o emprego de ligas de alumínio, como o Al 2024-T351 e o Al 7075-T7351, se tornaram essenciais. Em contrapartida, a utilização desses materiais muitas vezes não resultam em um comportamento satisfatório do componente, uma vez que a presença de trincas podem provocar a ruptura total do componente sob tensões inferiores a tensão de escoamento do material, inesperadamente. Neste trabalho, estas duas ligas de alumínio foram analisadas e corpos de prova foram modelados através do método dos elementos finitos. Além disso, foram aplicadas aos modelos dois diferentes tipos de trincas, uma central e outra lateral, uma força vertical foi aplicada para resultar em uma tensão de 70% da tensão de escoamento dos materiais analisados. Através da distribuição assintótica da tensão na região próxima a ponta da trinca foram calculados os valores dos fatores de intensidade de tensão para cada comprimento de trinca, depois de caracterizados os fatores de intensidade de tensão foram comparados graficamente com os valores de tenacidade à fratura encontrados na literatura disponível