Título

LIMITES DE DEFORMAÇÃO (M) PARA VALIDADE DA MECÂNICA DA FRATURA ELASTO-PLÁSTICA MONOPARAMÉTRICA (INTEGRAL J) EM CORPOS DE PROVAS SE(B), C(T) E SE(T)

DEFORMATION LIMITS (M) FOR THE ONE-PARAMETER ELASTIC-PLASTIC FRACTURE MECHANICS (J INTEGRAL) VALIDITY ON SE(B), C(T) AND CLAMPED SE(T) SPECIMENS

Autoria

Donato, Gustavo Henrique Bolognesi; Moreira, Felipe Cavalheiro

Donato, Gustavo Henrique Bolognesi

Eu sou esse autor

Moreira, Felipe Cavalheiro

Eu sou esse autor

DOI

10.5151/1516-392X-27997

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Resumo

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de critérios objetivos para a garantia de validade da mecânica da fratura elasto-plástica monoparamétrica, utilizando o parâmetro integral J como descritor dos campos de tensões, deformações e deslocamentos à frente de um defeito do tipo trinca. O mais importante na vertente monoparamétrica da mecânica da fratura é garantir que os campos de tensões no corpo de prova laboratorial sejam comparáveis com os existentes em uma estrutura real para cujo projeto as propriedades retiradas do corpo de prova serão utilizadas (conceito este denominado similitude). Para estabelecer critérios objetivos para a existência de similitude, esse trabalho comparou os campos de tensões obtidos de estruturas de referência sob alta triaxialidade de tensões (MBL) com aqueles obtidos de corpos de provas de mecânica da fratura em escala de laboratório. A matriz de análise permitiu a determinação dos limites de deformação M para geometrias C(T), SE(B) e SE(T) de diversas configurações e para uma faixa de propriedades de material característica de aços estruturais aplicáveis a vasos de pressão e dutos. Os resultados demonstram a baixa restrição à plasticidade de corpos de prova SE(B) e SE(T) com trincas rasas e os efeitos de profundidade de trinca e espessura nos resultados de M. Ainda, alguns comportamentos inesperados foram evidenciados, como no caso em que (para condições particulares de profundidade de trincas) corpos de prova mais finos apresentaram maior restrição a plasticidade do que amostras mais espessas. Sendo assim, o trabalho oferece uma base objetiva para que a similitude seja garantida nas avaliações de integridade estrutural baseadas na mecânica da fratura elasto-plástica suportada pela integral J, seja com seus valores críticos (Jc) ou curvas J-R.

This work presents the development of objective criteria to ensure the one-parameter elastic-plastic fracture mechanics validity using the J integral to describe the stress/strain/displacement-fields ahead of crack-like defects. The most important aspect of the one-parameter fracture mechanics framework is to ensure that the stress-fields in a reduced laboratory specimen are comparable to those found in real structures (this is the so-called similitude concept). To establish objective criteria for the similitude existence in the analysis, this work compared the stress-fields obtained from high constraint reference models (MBL) with those obtained from laboratory scale fracture mechanics specimens. The analysis matrix allowed the determination of the deformation limits M for C(T), SE(B) and clamped SE(T) geometries considering a wide range of geometrical features and material properties characteristic of structural steels applicable to pressure vessels and pipelines. The results confirmed the low constraint response for short-cracked SE(B) and SE(T) specimens and clarified the effects of crack depth and thickness on M values. In addition, some unexpected behaviors were observed, as the case in which (for some particular crack depths) thin specimens are more constrained than thick ones. Thus, this work provides insights for the development of an objective basis to guarantee similitude in structural integrity assessments based on elastic-plastic fracture mechanics supported by the J integral either with its critical values (Jc) or J-R curves.

Palavras-chave

Limite de deformação, Modelo da camada limite, Integral J, Similitude

Deformation limit, MBL model, J integral, Similitude