Title

DETERMINAÇÃO DOS FATORES DE INTENSIFICAÇÃO E CONCENTRAÇÃO DE TENSÕES GERADOS POR ENTALHES EM MATERIAIS FRÁGEIS

STUDY OF STRESS INTENSIFICATION AND CONCENTRATION FACTORS GENERATED DUE NOTCHES IN BRITTLE MATERIALS

Authorship

Souza, Leonardo Rozalino; Carvalho, Eduardo Atem de; Teixeira, Júlia Py Braga; Rossi, Dayani da Penha; Silva, Mário Lucas Santana; Rodrigues, Carlan Ribeiro

Souza, Leonardo Rozalino

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Carvalho, Eduardo Atem de

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Teixeira, Júlia Py Braga

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Rossi, Dayani da Penha

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Silva, Mário Lucas Santana

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Rodrigues, Carlan Ribeiro

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DOI

10.5151/2594-5327-21198

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Abstract

Operações de corte em materiais frágeis, geralmente, introduzem defeitos que podem se comportar como trincas ao redor do entalhe gerado. O presente trabalho avalia um caso onde os Fatores de Intensificação (KI) e Concentração de Tensão (Ktn) estão relacionados à presença de entalhes em ”U” profundo e do tipo composto. O modelo do entalhe composto se baseia em um entalhe em “U” profundo, que surge na raiz de um entalhe circular bem maior. O Método de Elementos Finitos (MEF) foi empregado para simulação de todos os casos estudados. Os Ktn determinados através dos resultados do MEF apresentaram boa concordância com o esperado pela literatura. Pode-se também determinar a partir de que ponto o entalhe não exerce mais influência sobre a severidade do efeito, sendo os parâmetros de fratura do material apenas controlados pelos defeitos de fabricação. A partir de formulações de Paris & Creager e Carvalho, determinou-se o KI para os modelos estudados e a partir da comparação com as soluções de Tada, constatou-se que os resultados para o entalhe em “U” profundo mostraram-se bastante coerentes, não ultrapassando uma diferença percentual de 13%. Corpos de prova de material frágil (geopolímero, Ca,Na,K-PSS) foram testados em ensaio de flexão em 4 pontos a fim de determinar a tenacidade a fratura experimental.

Milling operation on brittle materials usually introduces defects which can behave as cracks around the notch generated. This study evaluates a case where the Stress Intensification (KI) and the Stress Concentration (Ktn) Factor is generated due to the presence of a “U”-deep notch and a multiple notch. The multiple notches’ model is based on a deep U-notch, which appears at the root of a larger circular notch. The Finite Element Method (FEM) has been used to simulate all the studied cases. The Ktn were determined by FEM and the results agreed with the literature. It was also possible to determine when the semicircular notch does not exert more influence on the severity of the defect, and the fracture parameters of the material were only controlled by manufacturing defects. Paris & Creager’s and Carvalho’s formulations were used to determining the KI for the studied models and the comparison with the TADA’s solutions lets conclude that the results of the "U"-deep notch were consistent, not exceeding a percentage difference of 13%. Specimens of brittle material (Ca,Na,K-PSS, geopolymer) were performed in bending test by 4 points to determine the experimental fracture toughness.

Keywords

Fator de concentração de tensão; Fator intensificador de tensão; Material frágil; Operações de corte.

Stress concentration factor; Stress intensification factor; Brittle materials; Milling operations.