Cálculo do Fator de Intensidade de Tensão 2D por função de peso e sua aplicação na fadiga de elementos soldados

Abstract

O objetivo deste estudo é desenvolver o Fator de Intensidade de Tensão (FIT) baseado no Fator de Gradiente de Tensão (𝐾௚௥) para estimar a vida útil por meio da Mecânica de Fratura Baseada em Deformações (MFBD) em corpos de prova soldados e tratados com Impacto Mecânico de Alta Frequência (HFMI). Com uso de Funções de Peso (FP), Fatores de Intensidade de Tensão são calculados em geometrias da secção transversal das soldas com algoritmo de contorno invertido usando a função de peso de carga pontual 2D. O modelo descrito neste trabalho pode estimar a fadiga de peças soldadas e juntas cruciformes tratadas com HFMI sob condições de carregamento variável, considerando uma fissura semi-elíptica inicial crescendo em duas direções utilizando as equações 𝐾௚௥. A modelagem do 𝐾௚௥ foi realizada em função dos intervalos de análise, resultando na definição de equações para determinar os valores de 𝐾௚௥௔ e 𝐾௚௥௖. A análise numérica, apresentada aqui para estimar a vida útil da fadiga de soldagem, é comparada com dados experimentais para o aço 350W, conduzidos na Universidade de Waterloo, Canadá. Posteriormente, é realizada uma análise estatística dos dados produzidos pelo método de Monte Carlo, com dados encontrados e simulados para validar o modelo por meio de curvas S/N. As curvas experimentais demonstram que as amostras tratadas apresentam vidas de fadiga mais longas em comparação com as amostras não tratadas, sendo que as análises realizadas conseguem reproduzir esse compartamento de fadiga. Os resultados da modelagem comparados com os dados apresentados por Ghahremani (2015) e Ranjan (2019), mostram uma validação do modelo utilizado de 𝐾௚௥.