Estudo da inferência de carregamento em histórias de vôos simulados na liga de Al aeronáutico SAE-AMS 7475 T7351

Autor: Cassius Olivio Figueiredo Terra Ruchert
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2007
Předmět:
Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPUniversidade de São PauloUSP.
Druh dokumentu: Doctoral Thesis
Popis: Este trabalho discutiu o estudo da inferência de carregamento e a reconstrução fratográfica da taxa de propagação da trinca por fadiga em histórias de vôos simulados do tipo Twist, mini-Twist, Falstaff e mini-Falstaff. O material estudado foi uma liga de alumínio de grau aeronáutico SAE-AMS 7475 T7351 na qual foram obtidas as propriedades mecânicas a partir dos ensaios de tração e dureza, análise química, metalográfica. Foram realizados ensaios de amplitude constante de carregamento em corpos de prova com geometria tipo C(T) extraídos de um bloco e ensaios de amplitude variável em corpos de prova com geometria tipo M(T) extraídos de uma placa. Corpos de prova do tipo C(T) foram extraídos da orientação L-T e T-L, à temperatura ambiente com diferentes espessuras para a realização de ensaios de propagação de trinca por fadiga (da/dN vs. ΔK) com distintos valores de razão de carregamento,R (0,1;0,3; 0,5; 0,7 e 0,8) de acordo com a norma ASTM-E647 (1993). Foram realizados dois tipos de ensaios de fadiga com amplitude constante de carregamento. Primeiro, o ensaio com ΔP constante para obtenção dos dados dos estágios II e III das curvas da/dN vs. ΔK para distintos valores de R e, posteriormente, o ensaio com ΔK constante e R crescente para ser utilizado no estudo da inferência de carregamento de amplitude constante a partir da relação entre a morfologia da estria, H/s e a razão de carregamento R. Adicionalmente foram realizados ensaios de tenacidade à fratura, nas direções L-T e T-L, conforme a norma ASTME1820 (1999). As taxas de propagação macroscópica e microscópica foram comparadas e boas correlações foram obtidas para um intervalo entre 0,1 a 1,0 μm/ciclo, mesmo com distintos R. Através da técnica proposta por Berkovitz (1995), o espectro de carregamento foi estimado para distintos valores de R, através da técnica de parametrização do fator K e os resultados foram comparados ao espectro de carregamento real imposto pela máquina de ensaio. Após os ensaios de amplitude constante de carregamento foram realizados ensaios de amplitude variável com a aplicação em corpos de prova M(T) de espectros de vôos simulados padronizados pela NLR do tipo Twist e Falstaff e seus vôos reduzidos, mini-Twist e mini- Falstaff, em uma máquina servohidráulica de ensaios dinâmicos. A partir destes ensaios notou-se que suprimir os vôos com os carregamentos menos severos influencia muito a vida da propagação da trinca de fadiga, quando vôos simulados do tipo Twist e mini-Twist, fato este não observado para o Falstaff e mini-Falstaff. Foi possível observar também o efeito da aceleração e desaceleração da trinca por fadiga observando os gráficos de d2a/dvôo vs. a obtidos dos ensaios de amplitude variável. Foi realizado um estudo da superfície de fratura do CP05 por meio da técnica fractográfica do reconhecimento de blocos marcadores sendo possível mostrar uma satisfatória reconstituição da taxa de propagação da trinca por fadiga de vôo simulado do tipo Falstaff por meio de medidas das marcações na superfície de fratura dos vôos mais severos, realizadas em imagens obtidas por MEV.
The loading inference and the fractographic reconstruction of fatigue crack propagation rate in simulated flight stories, as Twist, mini-Twist, Falstaff and mini-Falstaff were investigated in this work. The studied material was an aluminum alloy SAE-AMS 7475 T7351. Tensile and hardness tests were carried out in order to determine mechanical properties, as well as chemical and microstructure analysis of the material. C(T) specimens were extracted from a block of material for constant amplitude load testing and M(T) specimens were extracted from a plate and were tested in variable amplitude loading. The curves (da/dN vs. ΔK) for constant-amplitude loading were obtained from fatigue crack propagation tests performed in L-T and T-L directions in C(T) specimens for R (0.1; 0.3; 0.5; 0.7 and 0.8), at room temperature, according to ASTM-E647 (1993). Two different constant loading fatigue tests were performed. At constant ΔP and distinct values of R for obtaining data of stages II and III of da/dN - ΔK curves; and at constant ΔK and increasing the R ratio to be used in the inference of constant amplitude loading in the relation of H/s striation morphology (obtained from fractographic images) and the loading ratio, R. Additionally, fracture toughness tests were executed in T-L and L-T directions, according to ASTM-E1820 (1999). The macroscopic and microscopic fatigue crack propagations were compared and good correlation was obtained for the range 0.1-1.0 μm/cycle, for all R values. By using the K factor parametrization method, Berkovitz (1995), the loading spectrum was estimated for the distinct R-values and the results were compared to the actual spectrum imposed by the test machine. Variable amplitude tests were performed in M(T) specimens by applying simulating flight spectra normalized by NLR, as Twist, mini-Twist, Falstaff and mini-Falstaff, in a servohydraulic test machine MTS, in which a Flextest GT controller was coupled. The suppression of less severe loading flights showed a great influence in fatigue crack propagation life, in simulated flight tests Twist and mini-Twist, but not in Falstaff and mini-Falstaff. The acceleration and slowing down of fatigue crack were observed in the d2a/dflight - a curve obtained from variable loading tests. The fractured surfaces of some samples were examined by the fractographic technique of blocking marks recognition. A good reconstitution of fatigue crack propagation rate of a simulated flight like Falstaff was obtained by the measurements of marks in the fracture surfaces of the more severe flights, in MEV images.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
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