Title

POTENCIAL DE CORPOS DE PROVA CHARPY PRÉ-TRINCADOS (PCVN) NA DETERMINAÇÃO DE CURVAS R E DE PROPAGAÇÃO DE TRINCA À FADIGA DE AÇOS ESTRUTURAIS

POTENTIAL OF PRECRACKED CHARPY SPECIMENS (PCVN) FOR DETERMINING R CURVES AND FATIGUE CRACK GROWTH RATES OF STRUCTURAL STEELS

Authorship

Gustavo Henrique Bolognesi Donato; Rodrygo Figueiredo Moço; Tatiane Rossi Merlo; Felipe Cavalheiro Moreira; Maurício de Carvalho Silva

Gustavo Henrique Bolognesi Donato

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Rodrygo Figueiredo Moço

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Tatiane Rossi Merlo

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Felipe Cavalheiro Moreira

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Maurício de Carvalho Silva

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DOI

10.5151/1516-392X-24837

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Abstract

Ensaios de curva R (J vs. ?a – crescimento dúctil de defeitos) e de propagação de trincas por fadiga (da/dN vs. ?K) são balizados por normas como a ASTM E1820, ISO 12135 e E647, as quais exigem dimensões mínimas para as amostras C(T) ou SE(B) a fim de garantir condições SSY e portanto a validade de K e J. Entretanto, tais exigências usualmente conduzem a dimensões expressivas que dificultam a retirada de amostras de chapas finas ou mesmo de muitas estruturas reais. Como alternativa, estudos de Koppenhoefer e Dodds (1998) e mais recentemente de Shin e Lin (2012) indicaram a possibilidade de uso de amostras em miniatura (inclusive Charpy contendo pré-trinca) para determinação de curvas R e da/dN vs. ?K. As grandes questões são a viabilidade de ensaio de amostras pequenas com repetibilidade e a adequada avaliação dos limites de validade das forças motrizes nestas geometrias, a fim de garantir condições de similitude. Como um passo nesta direção, este trabalho investiga o potencial de amostras Charpy pré-trincadas (10x10x70mm) na determinação de curvas R e da/dN vs. ?K. Inicialmente, ensaios de ambos os tipos foram realizados em amostras de um aço estrutural ferrítico empregando uma máquina universal MTS 810. Apesar das dimensões reduzidas dos espécimes, os ensaios se mostraram viáveis e apresentaram boa repetibilidade e estabilidade dos resultados experimentais. Ainda, boas práticas de ensaio puderam ser estabelecidas para suportar os trabalhos futuros com tais geometrias.

Mechanical testing regarding R curves (J vs. ?a – ductile extension of cracks) and fatigue crack growth (da/dN vs. ?K) are supported by standards such as ASTM E1820, ISO 12135 and ASTM E647, which impose minimum dimensions to C(T) and SE(B) specimens in order to guarantee SSY conditions and therefore validity of K and J. However, such requirements usually lead to large dimensions that make the extraction of samples from real structures sometimes unfeasible. As an alternative, results from Koppenhoefer and Dodds (1998) and more recently from Shin and Lin (2012) indicated the possibility of employing miniature specimens (including precracked Charpy geometries) for the experimental estimation of R curves and da/dN vs. ?K evolutions. The key concerns are: i) the feasibility of performing the tests in such small specimens with repeatability; ii) to obtain valid crack driving forces during the tests, in order to guarantee similitude. As a step in this direction, this work examines the potential of precracked Charpy specimens (10x10x70 mm) for determining R curves and da/dN vs. ?K evolutions. Both kinds of tests were conducted on samples made of a structural ferritic steel using a MTS 810 testing machine. Despite the reduced dimensions of the samples under investigation, all tests were successful and presented repeatability and stability on the obtained experimental results. Furthermore, best practices for testing PCVN specimens could be established to support future developments in the field.

Keywords

Espécimes reduzidos; Charpy pré-trincados; Curva R; Curva da/dN vs. ?K; Aços estruturais

Reduced Samples; Precracked charpy; R Curves; da/dN vs. ?K; Structural steels