Effects of phase angle between the fretting load and the bulk load on the life of the AL7050 T7451 and ASTM 743 CA6NM

Abstract

Este trabalho apresenta um estudo do processo de fadiga por fretting ao introduzir um ângulo de fase entre as cargas de fadiga e de fretting. O objetivo é investigar o efeito de tal ângulo de fase na vida de fadiga e na mecânica de fratura de dois materiais: a liga de alumínio 7050 T7451 e o aço inoxidável ASTM 743 CA6NM. Experimentos e análises numéricas são realizados em quatro condições de carregamento: em fase (Φ=0°), como referência, e nos três ângulos de fase (Φ=45°, Φ=90 ° e Φ=135°). Os ensaios experimentais foram realizados no laboratório do Departamento de Engenharia Mecânica - Universidade de Brasília, utilizando um sistema biaxial que permite o controle independente das carga. O problema é modelado usando o pacote comercial de elementos finitos Abaqus ©CAE. As simulações permitiram calcular os campos de tensão produzidos pelas diferentes configurações de carregamento. As estimativas de vida foram feitas aplicando três diferentes critérios multiaxiais (Smith-Watson-Topper, Fatemi-Socie e o Método da Curva de Wöhler Modificado), em um ponto crítico localizado na extremidade do contato e sob a superfície. A distância da superfície foi calculada usando duas formulações: a primeira baseada em parâmetros estáticos e dinâmicos dos materiais, e a segunda baseada em resultados experimentais e numéricos obtidos com corpos de provas entalhados. Foi demonstrado neste estudo que o ângulo de fase influencia fortemente a vida de fadiga. Um ângulo de fase de Φ=90 ° pode dobrar a vida de fadiga dos materiais, enquanto atrasos de 45° e 135° da carga de fadiga, reduzem seus durações. No entanto, vidas inesperadas foram obtidas para a condição Φ=45°, enquanto se testava o 7050 Al. Tensões e análises de falhas também revelaram que o ângulo de fase desempenha um papel essencial no local de nucleação da trinca. De fato, as trincas iniciam sempre em uma borda do contato para Φ=0° e Φ=45°, e na outra oposta para Φ=135°. Com relação ao ângulo de fase Φ=90 °, é impossível prever antecipadamente em qual borda a falha ocorre. Além disso, dois métodos que fornecem estimativas de vida precisas foram identificados. É possível prever a vida de tais condições de carregamento aplicando o critério Fatemi-Socie a uma distância calibrada com resultados experimentais/numéricos obtidos em corpos entalhados, ou aplicando o Método de Curva de Wöhler Modificado a uma distância calculada com os parâmetros estático e dinâmico do material.