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O projeto desenvolvido no âmbito do mestrado de Ciências da Comunicação na vertente de Cinema e Televisão articula esta reflexão académica intitulada Transpor o Género: representação do corpo trans como um outro no cinema com a curta-metragem de nome Rute. A curta-metragem rodada em Setembro de 2016 e com pós-produção até Fevereiro de 2017, constrói uma narrativa em torno da sua personagem central – uma rapariga trans de nome Rute – e um rapaz (que lhe era antes desconhecido) com quem ela inicia um passeio por vários locais de Lisboa; procurando caminhar por locais abandonados ou vazios de pessoas, Rute mantém uma posição de distância face à sociedade em que vive, mas na qual não se sente enquadrada – essa mesma decisão de escolher locais menos povoados para o seu encontro com o rapaz, torna-a cada vez mais isolada e vulnerável ao estranho que a acompanha. A curta-metragem, fundada numa investigação e interesse sobre a teoria de género e sobre os sistemas binários impostos a pessoas trans, pretende também refletir várias e determinadas questões, por exemplo, como o voyeurismo e os espaços virtuais exclusivos do dispositivo do cinema – bem como uma série de inspirações e imagéticas que surgiram ao longo do mestrado. Articulando a curta-metragem com esta reflexão crítica, o problema que se pretende identificar é a ambiguidade ética que assiste à construção de personagens trans no cinema, maioritariamente, mainstream; pretende-se ainda identificar de que formas esta questão pode ser problematizada apoiando essas noções em vários exemplos de filmes produzidos pelo circuito comercial, tal como por um outro cinema de cariz mais independente 8 que por vezes incorpora, desde logo, algumas noções de género nas suas construções narrativas.

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra

Anais do II Seminário Seminário Estadual PIBID do Paraná: tecendo saberes / organizado por Dulcyene Maria Ribeiro e Catarina Costa Fernandes — Foz do Iguaçu: Unioeste; Unila, 2014 Este trabalho pretende abordar algumas questões referentes às discussões promovidas pelo subprojeto de Inglês do IFPR, Câmpus Palmas, acerca do planejamento didático-pedagógico e sua importância para o desenvolvimento das atividades escolares. Além disso, pretende fazer uma reflexão sobre a relação teoria e prática, isto é, considerações sobre as leituras e os debates realizados entre o grupo de pibidianos, supervisores e coordenadores e as observações de aulas de língua inglesa na escola vinculada ao Subprojeto de Inglês, orientadas pelos professores

Os Eurocódigos 0 e 1 (EN 1990, EN 1991), que substituíram o Regulamento de Segurança e Ações para Estruturas de Edifícios e Pontes (RSAEEP) na quantificação das principais ações a que uma estrutura está sujeita, proporcionaram a uniformização das metodologias de verificação e dimensionamento estrutural a nível da União Europeia. A Suíça é um dos poucos países europeus que continua a seguir normas de dimensionamento internas: as SIA – Société Suisse des Ingénieurs et des Architectes. Para garantir a segurança estrutural há a necessidade de dotar as estruturas de capacidade resistente adequada. Uma das etapas iniciais do processo de dimensionamento consiste na quantificação e combinação das diferentes ações. São abordados, no presente trabalho, as principais ações a considerar no dimensionamento estrutural, bem como os diferentes modelos de combinação das ações. info:eu-repo/semantics/publishedVersion

Os Eurocódigos 0 e 1 (EN 1990, EN 1991), que substituíram o Regulamento de Segurança e Ações para Estruturas de Edifícios e Pontes (RSAEEP) na quantificação das principais ações a que uma estrutura está sujeita, como sejam a sobrecarga de utilização, o vento e a neve, trouxeram uma uniformização das metodologias de conceção e dimensionamento estrutural a nível da União Europeia. A Suíça é um dos poucos países da Europa que, não fazendo parte da União Europeia, continua a seguir normas de dimensionamento internas, as SIA – Société Suisse des Ingénieurs et des Architectes. A segurança estrutural é um dos fatores importantes da construção. Para garantir esta segurança há a necessidade de dotar a estrutura de capacidade resistente adequada. Uma das etapas iniciais do processo de dimensionamento consiste na quantificação e combinação das diferentes ações. São abordados ainda, no presente trabalho, os vários métodos de combinação da ação, bem como as principais ações a considerar no dimensionamento estrutural. Os três regulamentos são analisados e comparados para as diferentes ações. Esta investigação envolveu o estudo das normas e o processo de obtenção das ações associadas à neve, ao vento e às sobrecargas de utilização atuantes na estrutura. Faz também parte deste trabalho a realização de folhas de cálculo automático através do Software Microsoft Excel para a determinação das diferentes ações aqui analisadas. Por fim, é analisado um caso de estudo de um edifício real para validar as referidas folhas de cálculo e analisar as principais diferenças existentes entre as normas. Les Eurocodes 0 et 1 (EN 1990, EN 1991), qui remplacent le code Portugais (Règlement de Sécurité et Actions pour les Structures de Bâtiments et de Ponts – RSAEEP) quant à la quantification des principales actions sur les structures porteuses comme les charges utiles, le vent et la neige, ont apporté une normalisation des méthodes de conception et calcul des structures au niveau de l'Union Européenne. La Suisse est l'un des rares pays européens qui, tout en ne faisant pas part de l'Union Européenne, continue de suivre les normes internes SIA – société suisse des ingénieurs et des architectes. La sécurité structurale est un des facteurs plus importants dans la construction. Pour être en mesure d'assurer la sécurité et la sûreté satisfaisantes, il y a la nécessité de fournir la capacité porteuse nécessaire à la structure. L'une des premières étapes du processus de dimensionnement est la quantification et la combinaison des différentes actions. Dans cet ouvrage, les différentes méthodes permettant de combiner les actions sont abordées, ainsi que les principales actions à prendre en compte en matière de conception structurale. Trois règlements sont analysés et comparés en face des différentes actions. Cette recherche a porté sur l'étude des règles et le processus d'obtention des actions dues à la neige, au vent et à la charge utile à laquelle une structure est soumise. Il fait également partie de ce travail l'élaboration de feuilles de calcul automatique via le Software Microsoft Excel afin de déterminer les différentes actions ici analysées. Une étude de cas sera encore menée autour d'un bâtiment réel afin de valider les feuilles de calcul et d’analyser les principales différences entre les normes.

O colégio jesuíta de S.to Antão‑o‑Novo foi um dos maiores empreendimentos arquitectónicos da centúria de Seiscentos, tendo o seu risco conhecido várias alterações no período filipino, no sentido de um classicismo monumental italianizante, próximo do modelo de S. Vicente de Fora. Com o patrocínio de D. Filipa de Sá, a igreja foi erguida entre 1612 e 1658, embora partes do exterior ficassem por terminar até ao século XVIII. Este artigo procura atestar a autoria projectual de Baltazar Álvares e esclarecer a direcção da obra que ficou a cargo de um dos seus discípulos, Diogo Marques Lucas. As questões associadas ao estatuto profissional dos arquitectos, a par do domínio das regras clássicas da arquitectura do tempo, são aspectos que transparecem da documentação inédita encontrada sobre a fase final da construção da igreja no século XVII, quando os contactos informados com centros artísticos externos eram já menos frequentes. Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT), Fundação Millennium bcp, Imprensa Nacional-Casa da Moeda

Objetivo: Avaliar os modos de morte e fatores associados à limitação de suporte de vida em três unidades de terapia intensiva pediátrica do sul do Brasil. Método: Estudo transversal e retrospectivo em que foram revisados todos os óbitos ocorridos em 2002 em três unidades de terapia intensiva pediátrica de referência de Porto Alegre por uma equipe de pesquisadores treinados para esse fim. Foram avaliadas as características gerais, o modo de morte (ressuscitação cardiopulmonar, morte encefálica, ordem de não reanimar, não oferta e retirada de suporte vital . esses três últimos agrupados em limitação de suporte de vida), o tempo de internação . hospitalar e na unidade de terapia intensiva pediátrica ., o plano de final de vida e a participação da família nessa decisão. Para as comparações, foram utilizados o teste t de Student, Mann Whitney, qui-quadrado, odds ratio e análise multivariada. Resultados: Aproximadamente 53,3% dos óbitos receberam ressuscita ção cardiopulmonar. A incidência de limitação de suporte de vida foi de 36,1%, havendo diferença significativa (p = 0,014) entre os hospitais (25 versus 54,3 e 45,5%). A forma de limitação de suporte de vida mais freqüente foi .ordem de não reanimar. (70%). Observou-se associação entre limitação de suporte de vida com presença de doença crônica (odds ratio = 8,2; IC95% = 3,2-21,3) e tempo de internação na unidade de terapia intensiva pediátrica > 24h (odds ratio = 4,4; IC95% = 1,6-11,8). A participação da família e dos comitês de ética no plano de final de vida foi inferior a 10%. Conclusões: A ressuscitação cardiopulmonar ainda é oferecida em uma freqüência maior do que a descrita nos países do hemisfério norte, enquanto que a limitação de suporte vital é realizada preferentemente através da ordem de não reanimar. Esses achados e a pequena participação da família refletem dificuldades em relação às decisões de final de vida enfrentadas por intensivistas do sul do Brasil. Objectives: To describe causes of death and factors involved in the decision-making process related to life support limitation at three university-affiliated pediatric intensive care units in the south of Brazil. Methods: A retrospective study was conducted, based on a review of the medical records of all deaths occurring during 2002 at three pediatric intensive care units in Porto Alegre. Three previously trained pediatric fellows from each service performed the study. Data were assessed relating to general case characteristics, causes of death (failed cardiopulmonary resuscitation, brain death, do-not-resuscitate orders, withholding or withdrawing life-sustaining treatment - the last three modes were classified as the life support limitation group), length of stay in hospital, end-of-life plans and the participation of patients. families and Ethics Committees. The Student t test, Mann Whitney, chisquare, odds ratio and multivariate analyses were used for comparisons. Results: Close to 53.3% of fatal cases had received full cardiopulmonary resuscitation. The incidence of life support limitation was 36%, with statistical differences (p = 0.014) between the three hospitals (25 versus 54.3 and 45.5%, respectively). The most frequent form of life support limitation was a do-not-resuscitate order (70%). Life support limitation was associated with the presence of chronic disease (odds ratio = 8.2; 95%CI 3.2-21.3) and length stay in the pediatric intensive care unit (odds ratio = 4.4; 95%CI 1.6-11.8). The rate of involvement of families and Ethics Committees in the decisionmaking process was lesser than 10%. Conclusions: Cardiopulmonary resuscitation is offered more frequently than is observed in northern countries. In contrast, life support limitation is offered through do-not-resuscitate orders. These findings and the low participation of the families in the decision-making process reflect the difficulties to be overcome by those professionals who are responsible for handling critically ill children in southern Brazil.

Atualmente uma preocupação comum em todos os ambientes envolvidos em interconexões de computadores é criar mecanismos que possibilitem a interação entre programas con tidos em diversos equipamentos. A ISO propõe uma forma padronizada para comunicações entre sistemas abertos e o nível de transporte é parte importante dessa padronização. O objetivo deste trabalho é descrever a irnplementação de um serviço de transporte para uma máquina de qrande porte com a intenção de utilizá-lo numa rede local de computadores, Descreve-se no texto o modelo OSI e a proposta para redes locais, o padrão de transporte ISO classe 4 e os sistemas utilizados. Finalmente, é descrita a implernentação num computador de grande porte. Nowadays, a very cormnon preocupation at severai environments o£ computers interconnection is the creation of mechanisms which make possible the interaction between routines contained in different equipments. The purpose of ISO is a layered standard architecture for Open Systems Interconnection and the transport level is an irnportant component of architecture. The purpose of this work is to describe the implementation of a transport protocol to a large computer with a view to use in a local network. It describes the OSI model and the local network standards, the ISO transport standard class 4 and the used system. At last, it describes the implementation for a large computer.

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia A presente dissertação incide no estudo do efeito de diferentes descontinuidades geométricas e tratamentos térmicos na resistência à fadiga da liga de alumínio AlSi10Mg em amostras produzidas por Fusão Seletiva a Laser, tendo em conta provetes com quatro condições geométricas: sem entalhe, entalhe com secção em “V”, entalhe com secção semielíptica e com furo passante; e três condições de tratamento térmico distintas: sem tratamento, com tratamento de Alívio de Tensões Residuais a 250 ºC e com tratamento HIP a 250 ºC e 100 MPa.Para análise do comportamento à fadiga da liga foram realizados ensaios de fadiga com razão de tensões R=0 em controlo de carga, assim como ensaios metalográficos e de dureza, como complemento ao estudo, visando a melhor compreensão do efeito que as descontinuidades geométricas e os tratamentos térmicos têm na vida à fadiga da liga AlSi10Mg.Os resultados mostram que os tratamentos aplicados à liga de alumínio AlSi10Mg provocam alterações microestruturais semelhantes, mantendo maioritariamente a microestrutura característica do material sem tratamento e levam a uma redução de dureza similar. Ambos os tratamentos promoveram um aumento da resistência à fadiga em provetes não entalhados, sendo que, o tratamento HIP não revelou ser mais vantajoso do que o tratamento de Alívio de Tensões Residuais. No caso dos provetes com entalhe semielíptico, a resistência de vida à fadiga também aumentou, contudo, o tratamento HIP revelou um aumento superior em relação ao tratamento Alívio de Tensões Residuais. Os tratamentos aplicados demonstraram ser prejudiciais na resistência de vida à dos provetes com entalhe em “V”, tendo provavelmente provocado um aumento da sensibilidade ao entalhe. Nos provetes com furo passante, não se verificou nenhuma vantagem na aplicação dos tratamentos térmicos. Obtiveram-se boas previsões de vida à fadiga com o modelo SWT, à exceção dos provetes com entalhe em “V”, onde não houve uma boa correlação entre os resultados experimentais e os resultados previstos. This dissertation focuses on the study of the effect of different geometric discontinuities and heat treatments on the fatigue strength of AlSi10Mg aluminum alloy in samples produced by Selective Laser Melting, taking into account specimens with four geometric conditions: without notch, notch with “ V” section, notch with semi-elliptical section and through hole; and three different heat treatment conditions: without treatment, with Residual Stress Relief treatment at 250 ºC and with HIP treatment at 250 ºC and 100 MPa.To analyze the fatigue behavior of the alloy, fatigue tests were carried out with a R=0 stress ratio in load control, as well as metallographic and hardness tests, as a complement to the study, aiming at a better understanding of the effect that geometric discontinuities and heat treatments have on the fatigue life of the AlSi10Mg alloy.The results show that the treatments applied to the aluminum alloy AlSi10Mg cause similar microstructural changes, mostly maintaining the characteristic microstructure of the material without treatment and leading to a similar hardness reduction. Both treatments promoted an increase in fatigue strength in non-notched specimens and the HIP treatment did not prove to be more advantageous than the Residual Stress Relief treatment. In the case of specimens with semi-elliptic notch, the fatigue life also increased, however, the HIP treatment showed a higher increase in relation to the Residual Stress Relief treatment. The treatments applied proved to be harmful in the life resistance of the specimens with “V” notch, having probably caused an increase in the notch sensitivity. In specimens with a through hole, there was no advantage in the application of heat treatments. Good fatigue life predictions were obtained with the SWT model, with the exception being the specimens with “V” notch, where there was not a good correlation between the experimental results and the predicted results.

Dissertação de Licenciatura em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia A presente Dissertação de Mestrado tem como principal propósito analisar a influência de ambientes hostis na resistência ao impacto de aço carbono fabricado por Wire-Arc Additive Manufacturing (WAAM). Este estudo tem como base a bibliografia já existente na temática da degradação e do WAAM, destacando-se da mesma, na medida em que são analisadas novas condições de degradação do material cujos efeitos no comportamento mecânico, até aqui, não são, ainda, bem conhecidos.Desta forma, estudou-se o efeito de ambientes hostis na resistência ao impacto, segundo a influência da solução de degradação (NaCl e HCl), do tempo de imersão (0 dias, 15 dias e 30 dias), da aplicação ou não de tensão elétrica nas mesmas, das condições de deposição das placas (diferença de espessura) e da orientação do seccionamento dos provetes(vertical e horizontal). O parâmetro da energia absorvida, que se traduz na resistência ao impacto, foi medido através da fratura total dos provetes por intermédio de Ensaio Charpy, sendo que, posteriormente, foi analisada a superfície de fratura, por microscopia eletrónica de varrimento, de forma a avaliar a influência das condições descritas nos mecanismos de rotura dos provetes. Após os resultados foi possível concluir que o aumento do tempo de degradação tem uma influência acentuada na resistência ao impacto, uma vez que, analisando a mesma condição de degradação, foi possível visualizar um dano mais elevado nas amostras que foram degradadas durante mais tempo. No que diz respeito à aplicação de tensão elétrica, também foi possível concluir que provoca um dano mais acentuado nos provetes a ela sujeitos. Em termos da solução de degradação utilizada, verificou-se que o HCl ataca o provete de uma forma mais efetiva que o NaCl, provocando, inclusive, com maior facilidade a formação de óxidos. Por fim e em relação, às condições de fabrico e à orientação do seccionamento, não foi possível tirar uma conclusão objetiva devido à existência provável de variabilidades inerentes ao procedimento experimental. No caso da orientação do seccionamento pensa-se que a dificuldade da obtenção de conclusões gerais, se deve ao facto da porosidade do material não estar distribuída de forma homogénea. The main purpose of this Master's Dissertation is to analyze the influence of hostile environments on impact resistance of carbon steel manufactured by Wire-Arc Additive Manufacturing (WAAM). This study is based on the existing bibliography on the subject of degradation and WAAM, standing out from the same, insofar as new solutions and degradation conditions are used in a material that, until now, the behavior, when subjectedto these environments, was not known.In this way, the effect of hostile environments on impact resistance was studied, according to the influence of the degradation solution (NaCl and HCl), the immersion time (0 days, 15 days, and 30 days), the application or not of an electrical voltage in the solutions, the manufacturing conditions of the plates (difference thickness) and the orientation of the sectioning of the specimens (vertical and horizontal). The parameter of absorbed energy, which translates into impact resistance, was measured through the fracture of the specimens through the Charpy Test, and, later, the fracture surface was analyzed by scanning electron microscopy, in order to evaluate the influence of the described conditions, in the failure mechanisms of the specimens.As a result, it was possible to conclude that the increase in the degradation time has a strong influence on the impact resistance, since, analyzing the same degradation condition, it was possible to visualize a higher damage in the samples that were degraded for a longer time. Regarding to the application of an electrical voltage, it was also possible to conclude that it causes more damage to the specimens subjected to it. In terms of the used degradation solution, it was concluded that HCl attacks the specimens in a more effective way than NaCl,causing more easily the formation of oxides. Finally, regarding the manufacturing conditions and the orientation of the sectioning, a general objective conclusion was not taken due to the existence of variability inherent to the experimental procedure. In the case of the orientation of the sectioning, it is believed that the difficulty in obtaining general conclusions is due to the fact that the porosity of the material was not homogeneously distributed.

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia Na presente dissertação é apresentado o estudo do comportamento elasto-plástico cíclico da liga de alumínio AlSi10Mg em componentes produzidos por Fusão Seletiva a Laser, para três condições distintas. A primeira condição trata-se da liga em condições de produção, ou seja, nesta condição, a liga não foi sujeita a qualquer tratamento térmico. Na segunda condição, a liga foi sujeita a um tratamento térmico de Alívio de Tensões Residuais a 250ºC. Já na terceira condição, realizou-se um tratamento termomecânico de Prensagem Isostática a Quente, a 250ºC, e a uma pressão de 100MPa.Para possibilitar o estudo correto do comportamento da liga, foram realizados ensaios de tração e à fadiga, com uma razão de deformações de R=-1, possibilitando assim uma análise do comportamento monotónico e do comportamento à fadiga, particularmente: relação tensão-deformação cíclica, deformação-vida e energia-vida. Posteriormente, foram estudadas a microestrutura e dureza do material. Os resultados retirados do estudo mostram que os tratamentos aplicados à liga de alumínio AlSi10Mg provocam um decréscimo da resistência à tração quando comparados com a série sem tratamento. Todavia, os tratamentos demonstraram ter um impacto positivo na ductilidade do material, aumentando-a. A liga de alumínio, tratada por dois processos distintos, apresenta um comportamento muito semelhante, apesar da série sujeita a Prensagem Isostática a Quente apresentar uma resistência à tração ligeiramente superior e menor ductilidade. Por sua vez, comparando os dois tratamentos escolhidos com o tratamento de Alívio de Tensões Residuais sugerido pela maioria dos fabricantes (a 300ºC), constata-se uma melhoria significativa a nível da capacidade de resistência à tração. Quando sujeitas a cargas cíclicas, verifica-se que as séries apresentam um decréscimo da resistência à fadiga em comparação com a liga não tratada, e um decréscimo ainda mais acentuado para com a série sujeita ao tratamento de alívio de tensões a 300ºC. Desta forma, conclui-se que estes tratamentos apresentam resultados mais vantajosos relativamente ao tratamento sugerido pelos fabricantes. This dissertation presents an insight on the elastic-plastic behaviour of the AlSi10Mg aluminium alloy, produced by Laser Powder Bed Fusion, analysed for three different conditions. The first, reflects the aluminium alloy in a no-heat treatment condition. In the second condition, the alloy is submitted to a residual stress relief heat treatment (more specifically at 250ºC). The third and final condition uses a hot isostatic pressing treatment in the alloy (once again, at 250ºC and a 100MPa pressure level).As a way to enable a correct and comprehensive understanding of the alloy’s behaviour, there were conducted fatigue tests, with a strain ratio for R=-1, which allowed an analysis on both the monotonic and fatigue behaviours, particularly on the strain-stress, stress-life and energy-life relationships. Following this procedure, the microstructure and material stiffness were studied. The gathering of this data made possible the prediction of the alloy’s life when exposed to fatigue.The obtained results show that the treatments the AlSi10Mg alloy was submitted to decrease its resistance to strain test, when compared to the untreated alloy. Nevertheless, the study revealed that the treatments had a positive impact on the material’s ductility, increasing it. The two series submitted to heat treatments exhibited a very similar behaviour, with the alloy that was submitted to the HIP treatment showing a slightly higher strain test value and a lower ductility. When subjected to cyclic loads, the alloy shows a lower fatigue resistance in comparison to the non-treated alloy, and an even bigger decrease when compared to the residual stress relief 300ºC heat treated alloy. These results allow us to conclude that the treatments at hand obtain more beneficial results when compared to the treatment suggested by the manufacturer.

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia A presente dissertação tem objetivo primordial desenvolver um procedimento numérico de previsão de vida à fadiga para componentes mecânicos produzidos a partir da liga de alumínio 7050-T6 submetidos a histórias de carga de flexão-torção cíclica. O estudo é efetuado recorrendo a uma geometria cilíndrica com um entalhe lateral semiesférico. Os cenários de carregamento incluem três relações entre o momento fletor (B) e o momento torçor (T), B=2T/3, B/T=1 e B=2T, razões de tensão pulsantes, e dois níveis de carga.Neste trabalho, recorre-se ao método dos elementos finitos para desenvolver uma metodologia de previsão de vida à fadiga. O primeiro objetivo consiste na elaboração de um modelo numérico com comportamento elastoplástico capaz de caraterizar os estados de tensão e deformação na região do entalhe associados aos diferentes cenários de carregamento. Com base nesses modelo, pretende-se desenvolver um procedimento numérico capazes de prever os locais de iniciação e os ângulos de propagação de fenda na fase inicial de propagação de fenda. A previsão destas variáveis é feita, respetivamente, com recurso ao valor máximo da primeira tensão principal na superfície do entalhe, e com recurso à primeira direção principal do nó da superfície do entalhe com o maior valor da primeira tensão principal.O segundo objetivo passa por prever a vida de iniciação da fenda à fadiga. Os modelos de previsão de vida à fadiga empregues foram os modelos Smith-Watson-Topper (SWT) e Densidade de Energia de Deformação Total (DEDT). Neste estudo, o estado de tensão-deformação multiaxial foi reduzido a um estado uniaxial equivalente, e o efeito do entalhe foi avaliado através da Teoria das Distâncias Críticas (TCD). Por fim, os resultados numéricos foram comparados com resultados experimentais obtidos para as mesmas condições de carregamento. Conclui-se que que os dois modelos de previsão de vida apresentam previsões satisfatórias, bastante próximas dos resultados obtidos experimentalmente. Contudo, o modelo da DEDT apresenta resultados ligeiramente melhores, com erros médios de previsão de vida inferiores aos do modelo SWT. The main objective of this dissertation is to develop a numerical procedure to estimate the fatigue in mechanical components made of aluminium alloy 7050-T6 subjected to bending-torsion loading histories. The study is carried out using a cylindrical geometry with a semi-spherical lateral notch. The loading scenarios include three relations between the bending moment (B) and the torsion moment (T), B=2T/3, B/T=1 and B=2T, pulsating stress ratios, and two loading levels.In this work, the finite element method is used to develop a fatigue life prediction methodology. The first objective consists in the development of a numerical model with elastoplastic behaviour capable of characterising the stress and strain states in the notch region associated with different loading scenarios. Based on this model, it is intended to develop a numerical procedure capable of predicting the crack initiation sites and the crack angles in the early stage of crack growth. The prediction of these variables is done, respectively, based on the maximum value of the first principal stress at the notch surface, and the first principal direction of the node at the notch surface with the highest value of the first principal stress.The second objective is the prediction of the fatigue crack initiation life. The fatigue life prediction models employed were the Smith-Watson-Topper (SWT) and Total Strain Energy Density (DEDT) models. In this study, the multiaxial stress-strain state was reduced to an equivalent uniaxial state, and the notch effect was evaluated using Theory of Critical Distance (TCD). Finally, the numerical results were compared to the experimental results obtained for the same loading conditions. It was concluded that the two life prediction models present satisfactory predictions, quite close to the results obtained experimentally. However, the DEDT model presents slightly better results, with average life prediction errors lower than those of the SWT model.

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia O uso de materiais compósitos em todas as áreas de desenvolvimento tem sido cada vez mais abundante devido à robustez e às características variadas que se podem obter através da mistura de diferentes tipos de materiais.A indústria naval é um grande setor no qual a utilização de materiais compósitos prevalece sobre outros tipos de materiais, pelo que é natural desenvolver estudos e investigações em materiais para este setor em específico. Neste setor os compósitos são sujeitos a solicitações agressivas em simultâneo com a inserção num ambiente corrosivo.Esta dissertação tem como objetivo principal entender o efeito de um ambiente salino em compósitos de epóxi reforçado com fibras de vidro, bem como os efeitos que o pré-carregamento pode ter na vida à fadiga de um provete deste tipo de compósito.Foram ensaiados 16 provetes do material compósito referido no parágrafo anterior cuja imersão em ambiente salino durou 900 dias, observando-se após este período uma percentagem de absorção de água de cerca de 1% do peso do provete. Destes, 9 provetes foram pré-carregados em grupos de 3, com 25%, 50% e 75% de pré-carga.Aquando da solicitação à fadiga, os provetes foram fotografados com duas câmaras calibradas para posterior análise com o programa de correlação de imagem digital VIC3D®. Após obtenção dos valores de deformação principal e sobre o eixo y (direção de solicitação), estes foram analisados graficamente com o programa Microsoft Excel®.Com o aumento do teor de água no provete há a perda de resistência à fadiga do mesmo, como é comprovado na curva S-N: a curva dos provetes imersos durante 900 dias no ambiente salino apresentam piores resultados do que as curvas S-N dos provetes de controlo e do que os provetes imersos durante 229 dias, o que confirma a redução de resistência à fadiga do provete com a exposição a ambientes corrosivos salinos.Relativamente à perda de resistência do provete causada pelo pré-carregamento, não se obtiveram resultados totalmente conclusivos, uma vez que não há uma linearidade entre o valor da pré-carga e o número de ciclos completos pelo provete. The use of composite materials has been more abundant due to its robustness and to the variety of characteristics that can result from the mixture of different types of materials.The naval industry is a major sector in wich composite materials play a significant role. This motivates the investigation and development of composites for this sector specifically. In this type of industry the materials are subject to various forces while being in contact with a corrosive environment.This dissertation has the objective of understanding the effect of a seawater environment in glassfiber reinforced epoxi composites, as well as the effects that a pre-load can have on the fatigue life of this type of composite.16 specimens were immersed in saltwater for 900 days, a period after wich the mass of the specimens had increased by 1% of its weight due to water infiltration. From these, 9 of specimens were pre-loaded in groups of 3, with the loads being 25%, 50% and 75%.While under fatigue testing, the specimens were photographed using two calibrated cameras paired with the digital image correlation program VIC3D®. After extracting the principal strain and the y axis strain values, these were graphically analysed using Microsoft Excel®.With the rise of water contente in the specimen, there is a loss of properties of fatigue resistance, wich is proved with S-N curve values: the 900 days immersed specimens showed worse results than the 229 days immersed specimens and the control specimens, wich confirms the reduction of fatigue resistance due to corrosive saltwater environments.The loss of fatigue resistance due to pre-load is not fully conclusive because the results of the testing are not linear between the pre-load and the number of cycles complete.

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia O objetivo principal deste trabalho é estudar o comportamento elasto-plástico cíclico no regime de fadiga oligocíclica da liga de alumínio AlSi10Mg em componentes produzidos por Fusão Seletiva a Laser para três diferentes condições térmicas. Uma primeira em que a liga não é sujeita a qualquer tratamento térmico, uma segunda em que a liga é sujeita a um tratamento térmico de alívio de tensões residuais, e uma terceira em que lhe é aplicado um tratamento T6.Para estudar este comportamento foram ensaiados dois grupos de provetes. O primeiro grupo em controlo de deformação com R=-1. O segundo em controlo de carga também com R=-1.Depois de ensaiados os dois grupos de provetes foi possível estudar a sua microestrutura, a sua dureza, o comportamento monotónico e o comportamento à fadiga, nomeadamente, a relação tensão- deformação cíclica, a relação energia-vida e a relação deformação-vida. Este estudo permite retirar todos os parâmetros cíclicos e ajustar uma curva, que permite fazer uma previsão da vida dos componentes. Os resultados mostram que a liga de alumínio AlSi10Mg em componentes produzidos por Fusão Seletiva a Laser quando tratada termicamente tem um decréscimo na resistência à fadiga comparativamente à mesma sem tratamento térmico. No entanto, os tratamentos térmicos permitem obter uma maior ductilidade da liga. De referir que, para o tratamento de alívio de tensões residuais se obtém uma ductilidade maior do que quando a liga é tratada por T6. Isto resulta das alterações microestruturais derivadas dos picos exotérmicos serem ultrapassados com os tratamentos em questão. The main objective of this work is to study the elastic-plastic behaviour in the low cycle fatigue regime of the AlSi10Mg aluminium alloy, in components produced by the Selective Laser Melting method for three different thermic conditions. One alloy not subjected to a heat treatment, a second one with the alloy subjected to a heat treatment of residual tensions relief, and another one which is applied a T6 treatment.To study this behaviour two groups of specimens were tested. One of them in strain control and the other one in stress control, both with R=-1. After the tests on these specimens it was possible to study their microstructure, the hardness, the monotonic behaviour and the fatigue behaviour, more properly the cyclic strain-stress, the stress-life and strain-life relationships. This study allow to obtain all of the cyclic parameters and a fitted curve that let us to predict the life time of the components produced by this additive method. The results show that the aluminium alloy AlSi10Mg in components produced by a Selective Laser Melting, when subjected to a heat treatment, has a decrease in its fatigue resistance comparing with the same alloy without heat treatment. However, the heat treatments allow to get a higher ductility of the alloy. Also they show that with the treatment of residual tensions relief we get a higher ductility than with T6 treatment. This results from the microstructural changes derived from the exothermic peaks being overcome through the treatments that we used. Outro - Smart Level Eureka

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia Neste trabalho pretende-se estudar uma nova liga martensítica com médio teor de carbono que está a ser desenvolvida com o objetivo de integrar as futuras linhas ferroviárias. Uma vez que esta liga poderá vir a ser sujeita a carregamentos cíclicos complexos e a condições de serviço adversas, é essencial o conhecimento do efeito da temperatura de transformação martensítica na resposta elasto-plástica cíclica da liga. O objetivo deste trabalho é fazer uma análise do comportamento elasto-plástico cíclico no regime de fadiga oligocíclica da nova liga para três temperaturas de transformação martensítica (320ºC, 350ºC, 380ºC). Numa primeira fase, foram realizados ensaios em controlo de deformação, com amplitudes de deformação entre 0,5% e 1,0% para as três temperaturas de transformação. Numa segunda fase, foi efetuado o estudo da resposta tensão-deformação, assim como as relações tensão-vida, deformação-vida e energia-vida da liga. Numa terceira fase, observou-se a microestrutura e as superfícies de fratura por microscopia eletrónica de transmissão e por microscopia eletrónica de varrimento, com a finalidade de observar os principais mecanismos de fratura. Os resultados deste estudo mostram que esta nova liga martensítica com médio teor de carbono apresenta um pequeno comportamento de amaciamento cíclico por deformação nos primeiros ciclos, seguido de uma fase praticamente estável até à sua fase de rotura independentemente das temperaturas e da amplitude de deformação aplicada. A partir das curvas deformação-vida, foi possível verificar que para vidas mais curtas, a liga terá um comportamento melhor à fadiga para a temperatura de 380ºC. Para vidas mais longas, a liga terá um melhor comportamento para a temperatura de 350ºC. The new martensitic alloy with medium carbon content under study is a recent alloy and it study may allow it to be applied in future railway lines. Since this alloy may be subject to complex cyclic loadings and adverse service conditions, it is essential to know the effect of the martensitic transformation temperature on the cyclic elasto-plastic response of the alloy.The objective of this work is to analyze the cyclic elasto-plastic behaviour in the low-cycle fatigue regime of the new alloy for three martensitic transformation temperatures (320ºC, 350ºC, 380ºC). In a first phase, tests were carried out in strain control, with strain amplitudes between 0.5% and 1.0% for the three transformation temperatures. In a second phase, the stress-strain response was studied, as well as the stress-life, strain-life and energy-life relationships of the tested alloy. In a third phase, the microstructure and fracture surfaces were observed by transmission electron microscopy and by scanning electron microscopy, in order to observe the main fracture mechanisms.The results of this study show that this new martensitic alloy with medium carbon content presents, regardless of the temperatures and the applied strain amplitude, a small cyclic strain softening behaviour at the first cycles, followed by a stable phase until the failure phase. From the strain-life curves, it was possible to verify that for shorter lifetimes, the alloy will have a better fatigue behaviour at a temperature of 380ºC. For longer lives, the alloy will perform better at a temperature of 350ºC.

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Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia As ligas de alumínio da série 7000 proporcionam excelentes propriedades mecânicas, tais como resistência específica, resistência à corrosão e tenacidade à fratura. Estas propriedades tornam este material ideal para o fabrico de componentes estruturais na indústria aeronáutica. Neste tipo de indústria, o material é sujeito a solicitações de cargas cíclicas com amplitudes de deformação e tensões variáveis, que levam à rotura do material pelo fenómeno de fadiga. Deste modo, é de extrema importância a previsão da vida do material, especialmente junto de descontinuidades geométricas críticas. Esse trabalho de previsão é bastante complexo e requer o desenvolvimento de modelos precisos que permitam fazer uma correta avaliação do processo de acumulação de dano e do histórico de carga. Assim, o objetivo desta dissertação consiste no desenvolvimento de um modelo energético que permita prever a vida de componentes sujeitos a ciclos de carga com amplitude de deformação variável. De modo a atingir esse objetivo, foi desenvolvido um modelo numérico elasto-plástico capaz de simular a resposta tensão-deformação cíclica da liga 7075-T651 quando sujeita a ciclos de carga simétricos e assimétricos para amplitudes de deformação entre 0.5% e 2.75%. Partindo dos ciclos estáveis destas simulações, estudaram-se 3 tipos de história de carga. O primeiro era constituído por carregamentos com amplitude de deformação constante, e os outros 2 eram compostos por dois blocos com amplitude variável, tendo-se estudado duas sequências de carregamento, nomeadamente alto-baixo (simétrico-assimétrico) e baixo-alto (assimétrico-simétrico), sendo a duração do primeiro bloco igual a 20% da vida esperada para amplitude constante. Com base nos resultados das simulações, comparou-se a resposta tensão-deformação cíclica numérica com a resposta tensão-deformação cíclica experimental, bem como a forma dos circuitos de histerese. Posteriormente, foram desenvolvidos 3 modelos de previsão da vida à fadiga. Mais concretamente, os modelos SWT, da densidade de energia de deformação total e da densidade de energia de deformação total acumulada. Para quantificar a acumulação de dano foi considerada a lei linear de Miner.De um modo geral, as previsões de vida obtidas apresentam bons resultados quando comparadas com os resultados experimentais para as mesmas condições de carregamento, embora o modelo da densidade de energia de deformação total acumulada apresente erros maiores para amplitudes de deformação mais baixas. High-strength 7000-series aluminium alloys provides excellent mechanical properties, such as specific resistance, corrosion resistance and fracture toughness. These properties make this material ideal for the aeronautical industry in the manufacture of structural components. In this type of industry, the material is subject to cyclic loads with varying strain ranges and stresses, which can cause fatigue failure. Thus, it is extremely important to predict the fatigue lifetime, especially at the critical geometric discontinuities. Nevertheless, this type of prediction is rather complex, and requires the development of accurate models able to account for the fatigue damage accumulation process as well as the loading history. Therefore, the objective of this work is to develop a model energy-based model that allows to predict the fatigue life for components subject to time-varying deformation. In order to meet this objective, a cyclic elastic-plastic model was developed to simulate the stress-strain response of the 7075-T651 aluminium alloy for symmetrical and asymmetrical strain-controlled cyclic loads between 0.5% e 2.75%. Starting from the stable cycles of these simulations, 3 groups of loading histories were studied. The first consisted of constant-amplitude loading scenarios, and the other 2 were composed of two constant-amplitude loading blocks, namely high-low and low-high sequences. In both cases, the duration of the first loading block was equal to 20% of the expected lifetime for constant-amplitude. Based on the simulations, the numerical cyclic stress-strain response and the shape of the hysteresis loops were compared with those of the experimental tests. After that, three fatigue life prediction models were developed. More specifically, the SWT model, the total strain energy density model, and cumulative total strain energy density model. The fatigue damage accumulation has been evaluated via the Miner's linear damage accumulation rule.In general, the fatigue life predictions carried out with the proposed approaches were in good agreement with the experimental results. However, the cumulative total strain energy density model has exhibited higher errors for lower strain amplitudes.

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia O presente trabalho tem como principal objetivo desenvolver um modelo de previsão de vida à fadiga para componentes entalhados produzidos por fusão seletiva por laser submetidos a carregamentos proporcionais combinados de flexão e torção. A geometria da peça em análise é híbrida, sendo constituída por uma secção circular maciça de aço fabricada através de técnicas subtrativas convencionais, no qual está implantada uma secção circular tubular oca, obtida pela técnica aditiva de fusão seletiva por laser, com um furo transversal passante. As relações entre o momento fletor (B) e o momento torsor (T) estudadas foram: B=2T, B=T e B=2T/3.Nesta dissertação desenvolve-se uma metodologia de previsão de vida à fadiga recorrendo ao método dos elementos finitos. O primeiro objetivo compreende a identificação de um modelo constitutivo elastoplástico cíclico, que possibilite uma caracterização precisa do estado de tensão e de deformação na região do entalhe para os diferentes cenários de carregamento considerados. Baseados nestes modelos, pretende-se desenvolver critérios numéricos que permitam prever o local de iniciação da fenda e o ângulo da fenda na fase inicial de propagação. A previsão do local de iniciação é feita com base no nó da parede do furo com maior valor da primeira tensão principal. Relativamente ao ângulo da fenda na fase inicial de propagação, este determina-se com base na primeira direção principal obtida para o nó da parede do furo com maior valor da primeira tensão principal.O segundo objetivo consiste em identificar um critério de falha representativo para os diferentes tipos de carregamentos considerados e prever a vida de iniciação de fenda. Neste trabalho recorre-se ao parâmetro SWT, sendo o carregamento multiaxial reduzido a um carregamento uniaxial equivalente. As previsões de vida à fadiga são obtidas considerando os valores locais efetivos e máximos do parâmetro SWT.As comparações entre os valores previstos e os valores experimentais obtidos para os mesmos cenários de carregamento, sugerem que ambas as abordagens aplicadas permitem obter resultados bastante satisfatórios. Porém, verifica-se que a abordagem baseada no valor máximo do parâmetro SWT conduz a melhores resultados, com 100% dos resultados de previsão localizados dentro das bandas de dispersão com fatores de 2. This work aims to develop a fatigue life prediction model for notched components produced by selective laser melting subjected to proportional bending-torsion loading. The specimen under analysis is a hybrid geometry, consisting of a solid circular cross-section produced by conventional subtractive techniques and a tubular implant obtained by the selective laser melting containing a transversal hole. The bending moment (B) to torsion moment (T) ratios considered in this study are: B=2T, B=T and B=2T/3.This dissertation develops a methodology for fatigue life prediction using the finite element method. The first objective consists of choosing a cyclic elastoplastic constitutive model, which allows an accurate characterization of the stress-strain state at the notch region for the different loading scenarios. Based on this model, it is intended to develop numerical criteria to predict the crack initiation sites and the crack angles at the early stage of growth. The crack initiation site is predicted from the maximum nodal value of the first principal stress at the hole surface and the crack angle at the early stage of growth is determined by computing the first principal direction of the node with the maximum value of the first principal stress along the hole surface. The second objective is the identification of a failure criterium representative of the fatigue damage for the different loading scenarios and predict the fatigue lifetime. In this research, the SWT parameter is selected to correlate the fatigue damage with the fatigue life, by reducing the multiaxial stress-strain state to an equivalent uniaxial stress-strain state. The fatigue life predictions are obtained from both the effective and maximum local values of the SWT parameter. The comparations between the predict values and those obtained experimentally suggest that both approaches can be applied to predict the fatigue life with a quite satisfactory accuracy. However, the approach based on the maximum value of the SWT parameter has better predictive capabilities, with 100% of the results located within scatter bands with factors of 2.

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia As ligas de alumínio da série 7000 são usadas num vasto número de aplicações, devido, principalmente, ao facto de combinarem elevada resistência específica, e boa resistência à corrosão. Estas ligas são particularmente atrativas para a conceção de componentes aeronáuticos, o que se deve às suas excelentes propriedades mecânicas, elevada resistência à corrosão, e boa tenacidade à fratura. Os componentes aeronáuticos são, muitas vezes, sujeitos a ciclos de carga complexos, variáveis ao longo do tempo, que podem causar a acumulação de deformação plástica. Nesse sentido, é fundamental ter um conhecimento sólido do comportamento elasto-plástico cíclico a fim de desenvolver modelos de previsão de vida à fadiga fiáveis. O objetivo deste trabalho é fazer uma análise comparativa do comportamento elasto-plástico cíclico no regime de fadiga oligocíclica das ligas de alumínio 7050-T6 e 7075-T651. Numa primeira fase, foram efetuados ensaios em controlo de deformação, com amplitudes de deformação a variar entre 0.5% e 1.75%. Numa segunda fase, foi estudada a resposta tensão-deformação, bem como as relações tensão-vida, deformação-vida e energia-vida de cada liga. Por fim, as superfícies de fratura foram analisadas por microscopia eletrónica de varrimento, a fim de se identificar os principais mecanismos de fratura. Os resultados mostram que a liga 7050-T6 apresenta um comportamento de amaciamento independentemente da amplitude de deformação, ao contrário da liga 7075-T651 que apresenta um comportamento misto, ou seja, amacia para amplitudes de deformação inferiores a 1,1% e encrua para amplitudes de deformação superiores a este valor. Foi estabelecida uma relação linear entre o grau de deformação cíclica (CS2) e a amplitude de deformação para amplitudes superiores a 1,0% para a liga 7050-T6 e, superiores a 0,80% para a liga 7075-T651. Além disso, as micrografias das superfícies de fratura das duas ligas revelaram a presença maioritária de degraus de clivagem para baixas amplitudes de deformação e o aparecimento de microcavidades com o aumento da amplitude de deformação. The 7000-series aluminum alloys are used in a wide range of applications, mainly because they combine high specific strength and good corrosion resistance. These alloys are particularly attractive for the design of aeronautical components due to their excellent mechanical properties, high corrosion resistance and good fracture toughness. Aeronautical components are often subject to complex load cycles, variable over time, which can cause the accumulation of plastic deformation. In this sense, it is essential to have a solid knowledge of the cyclic elastic-plastic behavior in order to develop reliable fatigue life prediction models. The aim of this work is to comparatively analyze the cyclic elastic-plastic behavior in the low cycle fatigue regime of the 7050-T6 and 7075-T651 aluminum alloys. In a first stage, tests were performed under strain-controlled conditions, with strain amplitudes in the range 0,5-1,75%. In a second stage, the stress-strain, as well as the stress-life, strain-life and energy-life relationships were studied for each alloy. Finally, the fracture surfaces were carefully examined by scanning electron microscopy in order to identify the main damage mechanisms. The results show that the 7050-T6 aluminium alloy presents a softening behaviour regardless of the strain amplitude, on the other hand, the 7075-T651 aluminium alloy shows a mixed behaviour, i.e. it softens for strain amplitudes below 1.1% and hardens for strain amplitudes above 1.1%. A linear relationship has been established between the degree of cyclic strain-hardening (CS2) and the strain amplitude for amplitudes above 1.0% for the 7050-T6 aluminium alloy and above 0.80% for the 7075-T651 aluminium alloy. Moreover, the micrographs of the fracture surfaces of the two alloys have revealed the majority of cleavage steps for low strain amplitudes and the appearance of microcavities with the increase of the strain amplitude.

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia O objetivo do presente trabalho traduz-se no estudo do comportamento à fadiga de peças entalhadas geradas a partir da liga de alta resistência DIN 34CrNiMo6 e sujeitas a carregamentos proporcionais de flexão combinada com torção. Propriedades como a elevada ductilidade, alta temperabilidade, elevada tenacidade e resistência garantem que a liga supracitada seja selecionada para uma vasta gama de componentes de engenharia. Com efeito, é usual esses mesmos componentes estarem sujeitos a condições de serviço severas e a carregamentos complexos. Além disso, devido a requisitos funcionais é também usual apresentarem descontinuidades geométricas precursoras de fenómenos de concentração de tensões. A combinação de todos estes fatores torna a falha por fadiga suscetível, razão pela é imperativo encontrar uma metodologia de previsão de vida à fadiga exequível e fiável, a fim de reduzir o risco de falha inesperada em serviço. Nesta dissertação pretende-se explorar o conceito de densidade de energia de deformação, assim como o seu potencial na previsão das vidas de iniciação das peças. Para além disto, pretende-se também explorar a capacidade do parâmetro Smith-Watson-Topper (SWT), parametrizando a sua evolução, e tentando estabelecer uma possível relação com a vida à fadiga. O comportamento elasto-plástico do material, quer em termos de relações energéticas, quer em termos de parâmetro SWT, foi estudado com base em ensaios de fadiga oligocíclica. Estes ensaios foram realizados em controlo de deformação, para amplitudes de deformação, ∆ε/2, a variar entre 0,4% e 2%, num total de oito ensaios, e com uma razão de deformação, R_ε, igual a -1. No que toca aos ensaios de fadiga multiaxial, mais concretamente aos carregamentos proporcionais de flexão combinada com torção, foram consideradas duas razões entre o momento fletor (B) e o momento torsor (T): B=2T e B=T. A orientação do momento fletor relativamente à raiz do entalhe foi igual a 0º, 45º e 90º, e a razão de tensão, R, foi de aproximadamente zero. As geometrias dos provetes utilizados nos ensaios de fadiga consistiram em barras de secção circular com entalhes laterais em forma de U.O efeito do entalhe no comportamento à fadiga foi contabilizado com recurso à Teoria das Distâncias Críticas (TCD). As previsões de vida à fadiga foram obtidas com recurso aos modelos Smith-Watson-Topper (SWT), densidade de energia de deformação plástica, densidade de energia de deformação total, parâmetro Smith-Watson-Topper (SWT) e, ainda, com base na deformação plástica cíclica. No que diz respeito às previsões de vida à fadiga, o modelo SWT e o modelo da densidade de energia de deformação total foram aqueles que deram melhores resultados, traduzindo-se em valores mais próximos das vidas experimentais e desvios-padrão inferiores. The main objective of the present work is the study of fatigue crack initiation behaviour in notched DIN 34CrNiMo6 steel bars under proportional bending-torsion loading. Properties such as high ductility, deep hardenability, toughness and strength make this alloy a prime choice for a vast range of engineering components. In fact, these components are often subjected to severe service conditions and complex loading. Furthermore, due functional requirements, they contain geometric discontinuities which are likely to cause stress concentration phenomenona. The combination of all these factors makes these components susceptible to fatigue failure, reason why it is imperative to find reliable fatigue life prediction models in order to minimize the risk of unexpected failure. In this dissertation, it is intended to explore the concept of strain energy density as well as its potential to predict the fatigue crack initiation life. In addition, it is also intended to explore the capacity of the Smith-Watson-Topper (SWT) parameter, parameterizing its evolution, and trying to establish a possible relationship with fatigue life. The elasto-plastic behavior of the material, in terms of both energy relationships and SWT parameter, was studied based on uniaxial low-cycle fatigue tests. These tests were performed in strain-controlled conditions, for total strain amplitudes, ∆ε/2, varying between 0.4% and 2%, in a total of eight tests, and with a strain ratio, R, equal to -1. With regard to the multiaxial proportional bending-torsion fatigue tests, two ratios of the bending moment (B) to the torsion moment (T) were considered, more specifically B = 2T and B = T. The orientation of the bending moment with respect to the notch root was equal to 0º, 45º and 90º, and the stress ratio, R, was approximately equal to zero. The specimens used in experimental tests consisted of circular cross-section round bars with lateral U-shaped notches.The notch effect on fatigue behavior was accounted for using the Theory of Critical Distances (TCD). Fatigue life predictions were obtained using the following approaches: Smith-Watson-Topper (SWT) model, plastic strain energy density model, total strain energy density model , a model based on the Smith-Watson-Topper (SWT) parameter, and a model based on the cyclic plastic strain. With regard to fatigue life predictions, the SWT model and the total strain energy density model exhibited the best results, i.e. values closer to the experimental lives and lower standard deviations.

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia No dia-a-dia, muitos dos componentes mecânicos são sujeitos a cargas cíclicas que promovem a sua falha por fadiga, sendo necessário efetuar estudos que ajudem a prever com alguma precisão o seu comportamento ao longo do tempo. Geralmente é efetuado o estudo da propagação de fenda por fadiga (PFF) através de curvas da/dN-∆K.No entanto, a PFF é um fenómeno não linear e irreversível onde ocorre deformação plástica na extremidade da fenda, enquanto ∆K é um parâmetro linear elástico o que leva a algumas limitações. Outros parâmetros não lineares procuram corrigir essas limitações e quantificar a deformação plástica, que é suposta controlar a PFF, como é o caso do CTOD, Deslocamento de Abertura de Extremidade de Fenda. Nesta dissertação efetuou-se um estudo numérico da PFF, em provetes fissurados, com comprimento inicial de fenda constante, tendo por base a gama de CTOD plástica, δp, com recurso ao programa de elementos finitos DD3IMP A identificação dos principais mecanismos foi feita considerando provetes com entalhe e sem entalhe, e com e sem contacto nas faces da fenda, para avaliar a importância do fenómeno de fecho de fenda na PFF. Diferentes parâmetros foram estudados, tal como, o raio do entalhe (1, 2, 4 e 8 mm), comprimento da fenda, estado de tensão e material (ligas de alumínio 6082-T6 e 7050-T6). Para a liga de alumínio 7050-T6 foi também estudado o comportamento do material, através de modelos com comportamento isotrópico e cinemático puros. Foi observado para provetes com fenda sem entalhe um aumento linear de δp com a propagação de fenda. A introdução do contacto na face das fendas produz um efeito mais significativo em δp para o estado plano de tensão. Os entalhes aumentaram o nível de deformação plástica na extremidade da fenda, sendo o efeito do entalhe maior para valores menores do raio do entalhe. A introdução de contacto em provetes com entalhe atenua o efeito dos raios do entalhe e a zona afetada por estes.Por fim, foi efetuado também um estudo relativamente à validade do regime de Deformação em Pequena Escala (SSY – Small Scale Yielding), nos casos estudados anteriormente. Constatou-se que a hipótese SSY, muitas vezes assumida à partida em estudos sobre a PFF, nem sempre é válida. O aumento do comprimento da fenda e a diminuição da tensão de cedência do material promove o regime LSY, enquanto a introdução do entalhe, principalmente para valores de r maiores, promove a aplicabilidade do regime SSY, e como tal, a validade de ∆K. On daily basis many of the mechanical components are submitted cyclic loads that promote their fatigue failure, being necessary to promote studies that help to predict their behavior with some precision over time. Usually the study of fatigue crack growth (FCG) is done through da/dN-ΔK curves.However, FCG is a non-linear and irreversible phenomenon, where occurs plastic deformation at the crack tip, while ΔK is a linear elastic parameter leading to some limitations. Other nonlinear parameters try to correct those limitations and quantify the plastic deformation, such as the CTOD, Crack Tip Opening Displacement. This parameter allows to quantify the plastic deformation, δp, as the elastic deformation, δe, at the end of crack tip.In this thesis, an FCG numerical study, in cracked specimens, with constant initial crack size, was carried out based on the plastic CTOD range, δp, using the finite element code DD3IMP. The main mechanisms identification was made considering notched and unnotched specimens, and specimens with and without contact at the crack flanks, to evaluate the importance of crack closure phenomenon on FCG. Different parameters were studied, such as, the notch radius (1, 2, 4 and 8 mm), crack length, state of stress and material (aluminum alloys 6082-T6 and 7050-T6). For the AA7050-T6, was also studied the material behavior, through models with pure kinematic and isotropic behaviors. It was found for unnotched-cracked specimens a linear increase of δp with crack propagation. The insertion of contact produced a more pronounced effect on δp under plane stress conditions. The notches increased the plastic deformation level at the crack tip, being the notch effect greater for minor notch radius. The introduction of contact in notched specimens attenuates the effect of notch radius and reduces the notch affected zone.Finally, a study was also carried out, for the previously studied cases, regarding the validity of the Small Scale Yielding (SSY) regime. It was found that the SSY assumption, which is assumed in most of FCG studies, it is not always valid. The increasing of crack length and the reduction of the yield stress of the material promotes the non-applicability of the SSY regime. However, the insertion of a notch, mainly for higher values of r promotes de SSY regime, validating ΔK. Outro - Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional (POCI-01-0145-FEDER-029101)

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia As ligas de alumínio da série 7000 são utilizadas num largo número de aplicações, tais como aplicações estruturais no setor aeroespacial e no setor aeronáutico. Estas apresentam uma boa combinação de propriedades mecânicas, entre as quais: elevada resistência mecânica específica, boa resistência à corrosão e boa tenacidade à fratura. Pelo facto dos componentes fabricados para a área aeroespacial e aeronáutica sofrerem solicitações dinâmicas, com ciclos de tensão e deformação variáveis durante o seu período de vida, estes tornam-se particularmente vulneráveis a ruírem pelo fenómeno de fadiga. Deste modo é importante à luz da área de projeto mecânico a utilização de modelos de previsão de vida o mais rigorosos possível. Para isso a presente dissertação tem como objetivo caraterizar o comportamento elasto-plástico da liga de alumínio 7075-T651 em regime de fadiga oligocíclica, assim como determinar as suas propriedades cíclicas.Os ensaios de fadiga oligocíclica são realizados em controlo de deformação. A amplitude de deformação varia entre 0,5% e 2,75% e a razão de deformação é igual a R=-1. Para completar o estudo são realizados ensaios que apresentam carregamentos com duas amplitudes de deformação diferentes, contudo a deformação máxima mantém-se constante ao longo do ensaio. Os ensaios são compostos por dois estágios, um estágio simétrico (R=-1) e outro assimétrico R toma um valor diferente de -1. É adota como sequência de carregamento a ordem: simétrico-assimétrico e o contrário. No estágio simétrico a amplitude de deformação toma o valor de 1% e 1,25%, já o estágio assimétrico toma valores de 0,5% e 0,7%. As previsões de vida dos ensaios de amplitude variável são efetuadas com base nos modelos SWT, densidade de energia de deformação total e densidade de energia de deformação total acumulada. A acumulação de dano associada a cada bloco de carga é estimada através da lei de Miner. No final dos ensaios as superfícies de fratura são analisadas por microscopia eletrónica de varrimento, a fim de identificar os principais mecanismos de fratura. High-strength 7000-series aluminum alloys are used in a large number of applications, such as structural applications in aerospace and aeronautics sectors. These alloys have balanced mechanical properties, including high specific mechanical strength, good corrosion resistance and good fracture toughness. Due to the fact that components made for aerospace and aeronautic applications undergo dynamic stress, with varying stress and strain cycles over their lifetime, they are particularly vulnerable to fatigue failure. Therefore, it is important for safe mechanical design to apply accurate life prediction models. For this purpose, the present dissertation aims to characterize the elasto-plastic behavior of the 7075-T651 aluminum alloy under low-cycle fatigue conditions, as well as to determine its cyclic properties.Low-cycle fatigue tests are performed under strain-controlled conditions. The strain amplitude varies between 0,5% and 2,75% and considering strain ratio is equal to R=-1. To complete the study, additional tests are carried out with two different strain amplitudes, however, the maximum strain remains constant throughout the test. Tests are composed of two stages, one is symmetrical (R=-1), and another is asymmetric with R different of -1. Two loading sequences have been adopted: symmetrical-asymmetrical and the opposite. In the symmetrical stage, the strain amplitude takes values of 1% and 1,25%, while the asymmetric stage takes values of 0,5% and 0,7%. Lifetime predictions for the variable amplitude tests are determined via the SWT, the total strain energy density and the cumulated total strain energy density models. Cumulative damage associated with each load block is estimated by Miner’s law. After the tests, fracture surfaces are analyzed by scanning electron microscopy in order to identify the mains fracture mechanisms.

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia A fadiga é na grande maioria das vezes a razão associada a ruína dos componentes mecânicos solicitados ciclicamente. Este fenómeno é fortemente influenciado por várias propriedades, das quais destacamos a geometria do material solicitado e o tipo de carregamento aplicado. Quanto maior for a descontinuidade geométrica apresentada no material maior a sua sensibilidade ao fenómeno de fadiga.Atualmente a grande maioria dos componentes mecânicos utilizados nas transmissões mecânicas, apresentam várias descontinuidades geométricas severas e estão sujeitos a carregamentos combinados e cíclicos, implicando elevada sensibilidade a falha por fadiga. Salientamos que muitas das vezes é inevitável a presença das descontinuidades geométricas, uma vez que, podem nascer por necessidades de projeto, por questões funcionais, ambientais ou orçamentais.Visando os aspetos listados no parágrafo anterior, neste estudo pretendemos desenvolver uma metodologia de previsão de vida à fadiga para peças de secção circular sujeitas a histórias de cargas multiaxiais. Para tal utilizamos a liga de aço martensítico de alta resistência DIN 34CrNiMo6, que apresenta elevada ductilidade e tenacidade, bem como tem grande destaque no sector automóvel e aeronáutico. Não podemos deixar de referir, que quanto maior a complexidade do carregamento aplicado, maior é a dificuldade do método em prever a falha por fadiga, o que torna o estudo bastante elaborado pois estamos presentes a carregamentos proporcionais multiaxiais, considerados para duas relações entre momento fletor (B) e momento torsor (T), (B=2T e B=T) e três ângulos de aplicação do momento fletor relativamente à raiz do entalhe (0º, 45º e 90º).O estudo procedeu-se em três fases, sendo que na primeira fase determinamos os estados de tensão e de deformação nas zonas críticas das descontinuidades geométricas, obtidos a partir de modelos numéricos elasto-plásticos. Nesta fase foi estimada a vida de fadiga usando o modelo energético de Ellyin e que posteriormente foi comparada com os resultados obtidos em trabalhos anteriores pelo método de Glinka.Numa segunda fase, as previsões numéricas foram comparadas com resultados experimentais, de fadiga oligocíclica, obtidos para as mesmas condições de serviço.Por fim, fizemos uma análise dos resultados apurados para cada modelo de previsão e repararmos que os mesmos são satisfatórios, pois 88,9% dos resultados encontram-se no regime conservativo e os que não estão dentro desta zona estão localizados nos intervalos de dispersão propostos. Fatigue is most often the reason associated with the failure of cyclically ordered mechanical components. This phenomenon is strongly influenced by several properties, of which we highlight the geometry of the material requested and the type of loading applied. The greater the geometric discontinuity presented in the material, the greater its sensitivity to the phenomenon of fatigue.Currently, the vast majority of mechanical components used in mechanical transmissions have several severe geometric discontinuities and are subject to combined and cyclic loading, implying high sensitivity to fatigue failure. We emphasize that often the presence of geometric discontinuities is inevitable since they can be born due to project needs, functional, environmental or budgetary issues.Aiming at the aspects listed in the previous paragraph, in this study we intend to develop a fatigue life prediction methodology for circular section parts subjected to multiaxial load histories. For this, we use the high strength martensitic alloy steel DIN 34CrNiMo6, which high ductility and toughness, as well as being prominent in the automotive and aeronautics sector. We can not fail to mention that the greater the complexity of loading applied, the greater the difficulty of the method to predict fatigue failure, which makes the study quite elaborate because we are present with multiaxial proportional loads, considered for two relationships between bending moment. (B) and torsional moment (T), (B = 2T and B = T) and three angles of application of the bending moment relative to the notch root (0º, 45º and 90º).The study proceeded in three phases, and in the first phase we determined the stress and strain states in the critical zones of geometric discontinuities, obtained from elastoplastic numerical models. In this phase, the fatigue life was estimated using the Ellyin energy model and later compared with the results obtained in previous works by the Glinka method.In the second phase, the numerical predictions were compared with experimental oligocyclic fatigue results obtained for the same service conditions.Finally, we made an analysis of the results obtained for each prediction model and noticed that they are satisfactory because 88.9% of the results are in the conservative regime and those that are not within this zone are located in the proposed dispersion intervals.

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia Esta dissertação teve como principal objetivo a implementação de um modelo constitutivo que caracterizasse a resposta elastoplástica cíclica da liga de alumínio AA 7050-T6 utilizando o software de elementos finitos ADINA®.A modelação do comportamento cíclico da liga foi feita com base em resultados experimentais obtidos através de ensaios de fadiga oligocíclica efetuados em controlo de amplitude de deformação total, entre 0,6% e 1,75%, e com razões de deformação de -1, 0 e 0,5. O modelo aplicado define o comportamento plástico cíclico do material através do critério de cedência de von Mises, de duas leis de encruamento: isotrópico e cinemático, e de uma regra de fluxo associada ao critério de von Mises. Através das leis de encruamento, respetivas ao modelo constitutivo, e pela metodologia abordada por Prates, [20], obteve-se uma aproximação inicial dos parâmetros de encruamento do material, tendo-se procedido com simulações numéricas dos ensaios de fadiga num sólido cúbico tridimensional. Posteriormente efetuou-se o ajustamento dos parâmetros através da análise comparativa entre as curvas de histerese de tensão-deformação experimentais e as resultantes das simulações numéricas, tendo-se conseguido simular com sucesso a resposta cíclica da liga quando solicitada em controlo de amplitude de deformação de 1,5% a 1%, com razão de deformação -1, 0 e 0,5 e de 1,75% e 0,8%, com razão de deformação de -1 e 0. Conclusivamente, o procedimento desenvolvido é suficientemente robusto para simular satisfatoriamente as formas dos circuitos estáveis, assim como, para determinar as densidades de energia de deformação plástica e total para as diferentes amplitudes e razões de deformação. The main objective of this study was the implementation of a constitutive model able to characterize the cyclic elastoplastic response of the AA 7050-T6 aluminum alloy using the ADINA® finite element software. The modelling of the alloy's cyclic behavior was based on experimental results from low-cycle fatigue tests performed under strain-controlled mode with total strain amplitudes between 0,6% and 1,75% and strain ratios of -1, 0 and 0,5. The model defines the cyclic plastic behavior of the material according to the von Mises yield criterion, a flow rule related to it, and two hardening laws - isotropic and kinematic. Through the respective constitutive model hardening rules and the methodology used by Prates, [20], an initial estimate of the material hardening parameters was obtained, followed by numerical simulations of the fatigue tests on a tridimensional cubic solid.Afterwards, an adjustment was made to the parameters by means of a comparative analysis between the experimental stress-strain hysteresis loops and those obtained from the numerical simulations, resulting in the successful simulation of the alloy’s behavior, of low cyclic fatigue tests, in constant amplitude strain control of 1,5%, 1,25%, 1% (with strain ratios of -1, 0, 0,5), 1,75% and 0,8% (with strain ratios of -1 and 0). In conclusion, the procedure developed is sufficiently accurate to satisfactorily simulate the stable circuits shapes, as well as to determinate the total and plastic strain energy densities for the several amplitude and strain ratios.

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia O uso de materiais compósitos nas mais diversas indústrias, como por exemplo, química, automóvel, naval, aeroespacial, tem-se destacado na substituição dos materiais convencionais, como por exemplo os metais, devido às suas boas propriedades mecânicas.O objeto de estudo desta dissertação é avaliar o comportamento mecânico de um material compósito, composto por uma matriz de resina epóxido, reforçada com fibra de vidro, o qual tem diversas aplicações na indústria naval.Este estudo centra-se no efeito da imersão de laminados de vidro/epóxido em água do mar, neste caso da Figueira da Foz, Portugal, na resposta à fadiga deste material.Para avaliar a taxa de absorção de água ao longo do tempo de imersão, 4 amostras foram pesadas antes de serem imersas em água do mar e depois, periodicamente, ao longo dos 229 dias de imersão.Os provetes apresentam uma geometria retangular, com um furo central, para garantir que a falha de todas as amostras ocorresse nesta zona de maior concentração de tensões.Neste estudo foram realizados ensaios de tração para avaliar a resistência à tração do material e ensaios de fadiga, com o principal objetivo de obter as curvas S-N para amostras de controlo, amostras imersas sem pré-carga e amostras imersas com pré-carga. Os resultados foram comparados no que diz respeito à resposta à fadiga.A água do mar não apresentou efeitos significativos no material, no que diz respeito à diminuição de resistência à fadiga. O efeito da pré-carga também não mostrou ser significativo.As curvas S-N e as curvas de deformação em função do número de ciclos até à rotura apresentam grande dispersão de resultados, o que se traduz em baixos coeficientes de correlação The use of composite materials in the most diverse industries, such as chemical, automotive, naval, aerospace, has been outstanding in the substitution of conventional materials, such as metals, due to their good mechanical properties.The subject matter of this work is to evaluate the mechanical behaviour of a composite material composed of a matrix of epoxy resin reinforced with glass fiber, which as many applications in the shipbuilding industry.This study focuses on the effect of glass/epoxy laminates immersion in seawater, in this case of Figueira da Foz, Portugal, in response to the fatigue of this material.To evaluate the absorption rate over time of immersion, four samples were weighed before being immersed in seawater and then periodically throughout the 229 days of immersion.The test pieces have a rectangular geometry with a central hole to ensure that the failure of all samples occur in the area of greatest stress concentration.This study carried out tensile tests to evaluate the tensile strength of the material and fatigue tests, with the main objective of obtaining S-N curves for control samples, immersed samples without preload and preload immersed samples. The results were compared with respect to the response to fatigue.The seawater had no significant effect on the material, with regard to reduction of fatigue resistance. The preload also showed no significant effect.S-N curves and strain depending on the number of cycles to rupture curves exhibit high dispersion results, which translates into low correlation coefficients.

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia Este trabalho tem como objetivo investigar o comportamento à fadiga da liga de alta resistência AISI 18Ni300 sujeita a carregamentos proporcionais multiaxiais combinados de flexão e torção. O programa de fadiga considerada razões entre tensões normais e tensões de corte iguais a 4/3, 2 e 4 e razão de tensões (R) próxima de zero. A geometria estudada é uma peça bi-material composta por um substrato de secção circular maciça produzido por técnicas subtrativas convencionais e por um implante tubular produzido pela técnica aditiva de Selective Laser Melting (SLM) contendo um furo transversal passante (entalhe). Pretende-se desenvolver critérios que permitam prever o local de iniciação da fenda, as trajetórias da fenda na fase inicial de propagação, e vida de iniciação de fenda para os diferentes cenários de carregamento.No decorrer dos ensaios de fadiga, os provetes foram visualizados periodicamente com recurso a uma câmara digital de alta resolução para relacionar o comprimento de fenda com o número de ciclos aplicados e também para deteção das zonas de iniciação da fenda e respetivos ângulos de iniciação. Após a realização dos ensaios de fadiga, as superfícies de fratura foram examinadas por microscopia eletrónica de varrimento. Numa segunda fase, foi desenvolvido um modelo numérico linear elástico, pelo método dos elementos finitos, que permitiu caracterizar os campos de tensão e deformação na região do furo para as várias condições de carregamento aplicadas nos ensaios experimentais. Os locais de iniciação, os ângulos de iniciação, e as trajetórias de propagação à superfície da peça foram previstos numericamente pelo valor máximo da primeira tensão principal, pelo valor da primeira direção principal no local de iniciação, e pelo campo de tensões principais, respetivamente.O efeito do entalhe no comportamento à fadiga foi estimado com base no critério de Densidade de Energia de Deformação Equivalente e na Teoria das Distâncias Críticas através do Método de Linha (LM) e do Método do Ponto (PM). As previsões de vida à fadiga foram obtidas com a aplicação dos Modelos Smith-Watson-Topper e Coffin-Manson e pelo parâmetro Smith-Watson-Topper. O modelo de CM foi o que permitiu obter melhores resultados, nomeadamente erros menores e desvios-padrão inferiores. This work aims to investigate the fatigue behaviour of the AISI 18Ni300 maraging steel subjected to combined multiaxial proportional loads of bending and torsion. The fatigue behaviour considered in this study has ratios of the normal stresses to the shear stresses equal to 4/3, 2 and 4 and a stress ratio (R) close to zero. The studied geometry is a bi-material specimen composed of a substrate of solid circular cross-section produced by conventional subtractive techniques and by a tubular implant produced by the Selective Laser Melting additive technique containing a through-hole. It is intended to develop criteria to predict the crack initiation sites, as well as the crack initiation trajectories and the crack initiation orientations in the early stage of growth for the different loading scenarios. During the fatigue tests, the specimens were periodically observed using a high resolution digital camera. After the fatigue test campaign, fracture surfaces were examined by Scanning Electron Microscopy to identify the failure micro-mechanisms. In a second phase, a linear elastic numerical model was developed by the Finite Element Method, which allowed the characterization of the stress and strain fields in the hole region for the loading conditions applied in the experimental tests. Crack initiation sites, crack orientation angles and surface crack paths were numerically predicted on the basis of the maximum value of the first principal stress, first principal direction at the initiation site, and from the first principal stress field, respectively.The notch effect on fatigue was accounted for via the Equivalent Strain Energy Density concept, and the Theory of Critical Distances by the Line Method and the Point Method. Fatigue life predictions were obtained using the Smith Watson-Topper and Coffin Manson models as well as the Smith-Watson Topper parameter. The Coffin-Manson models gave the best predictive results, with lower errors and lower standard deviation values.

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia A liga DIN 34CrNiMo6 é um aço ao crómio-níquel-molibdénio de alta resistência, muito usado para aplicações onde seja necessário suportar maiores esforços do que aqueles a que são sujeitos os aços de construção ao carbono. Este material apresenta elevada ductilidade, temperabilidade, tenacidade e resistência. A nitruração confere-lhe uma excelente resistência ao desgaste e à fadiga sendo, portante, um material com uma vasta gama de aplicações que podem funcionar em condições de serviço severas e com carregamentos complexos tais como veios, eixos, engrenagens, parafusos e porcas, cavilhas, cambotas, bielas, entre muitas outras. Muitos destes componentes apresentam descontinuidades geométricas, como furos, entalhes ou até pequenos defeitos de fabrico, o que faz com que haja tensões acumuladas localmente. Estas características combinadas fazem com que o material fique vulnerável a falhas por fadiga. É, portanto, necessário desenvolver modelos de previsão de vida à fadiga fiáveis de modo a reduzir o risco de falhas inesperadas.Palavras-chave: Fadiga biaxial, Torção-flexão, Efeito do entalhe, Previsão de vida à fadiga, Iniciação de fenda, Distância crítica.O objetivo principal da corrente dissertação é estudar o comportamento à fadiga de peças entalhadas, compostas por aço de alta resistência DIN 34CrNiMo6, sujeitas a carregamentos combinados proporcionais de flexão e torção. Para isso serão realizados ensaios com provetes de secção circular com um entalhe lateral em forma de U contendo um micro furo central, considerando diferentes relações entre tensões de corte (τ) e tensões normais (σ), nomeadamente, σ= 2τ e σ= 4τ, e diferentes níveis de tensão. Após a realização dos ensaios desenvolvem-se modelos de previsão dos locais de iniciação da fenda, da trajetória da mesma na superfície do entalhe e, ainda, da vida de iniciação para os vários cenários de carregamento. Para concretizar estes objetivos, são desenvolvidos modelos numéricos elásticos para obtenção do estado local de tensão-deformação na zona do entalhe. O efeito do entalhe é contabilizado usando a Teoria das Distâncias Críticas (TDC) e a Densidade de Energia de Deformação Equivalente (DEDE). As vidas de iniciação são obtidas através do modelo baseado na Densidade de Energia de Deformação Total (DEDT). DIN 34CrNiMo6 alloy is a high strength chrome-nickel-molybdenum steel, widely used for applications where greater stress is required than those that carbon steels are subjected. This material exhibits high ductility, toughness, deep hardenability and strength. Nitriding gives it excellent wear and fatigue resistance and is therefore a material with a wide range of applications that can operate in severe conditions and with complex load such as shafts, axels, gears, bolts, crankshafts, connecting rods, amount many others. Many of these components have geometric continuities, such as holes, notches or even minor manufacturing defects, which results in locally accumulated stresses. These combined characteristics make the material vulnerable to fatigue failure. It is therefore necessary to develop reliable fatigue life predictions models in order to reduce the risk of unexpected failures.The main purpose of current dissertation is to study the fatigue behavior of notched parts, composed of DIN 34CrNiMo6 high strength steel subject to proportional combined bending-torsion loads. For this, tests with circular cross section test specimens with a U-shaped lateral notch containing a central micro hole will be performed, considering different relations between shear stress (τ) and normal stress (σ), namely σ= 2τ and σ= 4τ, and different stress levels. After the tests, numerical models are developed for predicting the crack initiation sites, crack paths at the notch surface and fatigue initiation life for the different load scenarios. To achieve these objectives, linear-elastic numerical models are developed to obtain the local stress-strain at the notch root. The effect of the notch is accounted for by using the Theory of Critical Distances (TCD) and the Equivalent Strain Energy Density (ESED). Life predictions are obtained through the Total Strain Energy Density (TSED) model.

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia As ligas de alta resistência apresentam uma vasta gama de propriedades deveras interessantes para componentes em engenharia. Mais concretamente, a liga de alta resistência DIN 34CrNiMo6, que será alvo de estudo no presente trabalho, apresenta elevada ductilidade, alta temperabilidade, tenacidade e resistência. Estas propriedades, fazem desta liga uma excelente escolha para a produção de elementos críticos, tais como: veios, eixos, pinhões, barras de torção, componentes aeronáuticos, entre muitos outros. Sendo estes materiais utilizados, na maioria dos casos, sob condições severas de serviço e ainda com carregamentos combinados e de forma aleatória, e que por razões de projeto na maioria dos casos, apresentam descontinuidades geométricas que causam concentrações de tensões, o que torna a situação ainda mais crítica na região do entalhe e que ao final de um determinado número de ciclos levarão o material à rotura por fadiga. Deste modo, é importante e através de um modelo numérico prever a vida à fadiga de forma fiável.O principal objetivo da presente dissertação passa por estudar o comportamento da liga DIN 34 CrNiMo6, com entalhes severos e sujeita a carregamentos combinados de flexão-torção, mais especificamente, para duas relações (B=T e B=2T). Foram ainda variados os ângulos de aplicação de carregamento para 0º, 45º e 90º. Para a constituição da malha de elementos finitos para a simulação numérica, representativa do provete em estudo, foi utilizado um modelo elasto-plástico. A previsão de vida foi estudada através de um modelo baseado na energia de deformação (Ellyin, 1997).Os resultados obtidos foram, no geral, bastante satisfatórios em comparação com resultados experimentais, e também com modelos linear-elásticos. High strength alloys have a wide range of interesting properties for engineering components. In specific the high strength alloy DIN 34CrNiMo6, which will undergo study in this work, presents itself to be a material which high ductility, hardenability as well as tenacity and toughness. These properties make this alloy an excellent choice for the conception of critical elements such as, shafts, pinions, torsion rods, aeronautical components and so on. In most cases, this type of materials is used under sever operating conditions with random combined loadings, which means that sometimes, because of the project conception, they are designed to have geometric discontinuities which cause stress concentration. This situation is more critical under the region of a notch and after a number of work cycles this situation will lead to fatigue failure. By this being said it is important to predict, in a reliable way, the components fatigue life cycle, and a way of studying this is through a numerical model.The main goal of the work is the analysis of the behaviour of the DIN 34CrNiMo6 alloy with sever notches under combined loadings of torsion-bending, specifically for two relations (B=T and B=2T). The loading application angle was studied for the values of 0º, 45º and 90º. For the construction of the finite element mesh of the numerical simulation, which describes the sample in study, an elastic-plastic model was utilized, having the prediction of the life cycle been studied through a strain energy based model (Ellyin, 1997).The obtained results were, in general, satisfactory in comparison with the experimental results as well as the linear-elastic models.

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia As ligas de alumínio da série 7000 são usadas num vasto número de aplicações estruturais, devido, principalmente, ao facto de combinarem elevada resistência específica, e boa resistência à corrosão. A liga 7050 é particularmente atrativa para a conceção de componentes aeronáuticos, o que se deve, de uma forma geral, às suas excelentes propriedades mecânicas, elevada resistência à corrosão, e boa tenacidade à fratura. Para além disso, a maioria destes componentes está sujeita a ciclos de tensão e deformação variáveis ao longo do tempo, o que os torna particularmente vulneráveis a falhas por fadiga. Nessa perspetiva, quer o desenvolvimento de novos componentes, quer a definição de intervalos de inspeção adequados, pressupõe a utilização de modelos de previsão de vida tão exatos quanto possível. Ora, o desenvolvimento de um modelo adequado pressupõe, em primeira instância, a utilização de propriedades de fadiga do material rigorosas. A presente tese tem como objectivo principal caraterizar o comportamento da liga de alumínio 7050-T6 no regime da fadiga oligocíclica, dando-se ênfase especial ao efeito da razão de deformação (Rε). Os ensaios são efetuados em controlo de deformação, para amplitudes de deformação (∆ε/2) entre 0.5% e 1.5%, considerando valores de Rε iguais a -1, 0 e 0.5. Após os ensaios, as superfícies de fratura são analisadas por microscopia eletrónica de varrimento, para identificar os principais mecanismos de fratura. . Aluminum alloys of the 7000 series are used in a wide number of structural applications, mainly because they combine high specific strength and good corrosion resistance. The 7050 alloy is particularly attractive for the design of aeronautical components, which is generally due to its excellent mechanical properties, high corrosion resistance, and good fracture toughness. In addition, most of these components are subject to varying stress and strain cycles over time, which makes them particularly vulnerable to fatigue failure.In this perspective, both the development of new components and the definition of adequate inspection intervals presuppose the use of life expectancy models as accurate as possible. However, the development of an appropriate model presupposes, in first instance, the use of stringent fatigue properties of the material. The main objective of this thesis is to characterize the behavior of the 7050-T6 aluminum alloy in the regime of low-cycle fatigue, with special emphasis on the effect of the strain ratio (Rε). The tests are performed under strain-controlled conditions for strain amplitudes (Δε /2) between 0.5% and 1.5%, considering values of Rε equal to -1, 0 and 0.5. After the tests, the fracture surfaces are analyzed by scanning electron microscopy to identify the main fracture mechanisms. .

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia DIN 34CrNiMo6 high strength steel is a very important and versatile engineering material, combining high ductility with deep hardenability, toughness and strength. It is an ideal material for critical mechanical components, such as: axles, shafts, crankshafts, pinions, connecting rods, gears, torsion bars, among others. In general, these components are subjected to severe service conditions and complex loading, and have geometric discontinues which make them susceptible to stress concentration phenomena. To reduce the risk of fatigue failure resultant of these characteristics, it is necessary the development of accurate fatigue life prediction models.Therefore, the main objective of this thesis is the study of fatigue behavior in notched components, made of DIN 34CrNiMo6 high strength steel, under in-phase bending-torsion, single bending and single torsion loading. For the in-phase bending-torsion, three ratios between the bending moment (B) and the torsion moment (T) are considered, more precisely B=2T, B=T and B=2T/3. With this study it is intended to develop a fatigue life prediction methodology based on the finite element method. More specifically, the procedure consists of selecting an elasto-plastic constitutive model that allows to obtain, as accurate as possible, the stress-strain state in the critical zones of the notches. The specimen geometries used in the experiments are round bars with lateral U-shaped notches. The tests are conducted at stress ratios close to zero under constant-amplitude loading. The fatigue life predictions are performed through the Coffin-Manson (CM), Smith-Watson-Topper, and the Ellyin models. The second objective is the identification of a representative damage parameter which allows estimating the fatigue life for different loading scenarios, namely different relations between the normal and shear stresses.Overall, the life predictions obtained with the Ellyin energy model show good correlation, with about 84% of the cases within factors of 2. Relatively to the other two models, the results were less interesting. A liga de alta resistência DIN 34CrNiMo6 é um material de engenharia muito importante e versátil, combinando elevada ductilidade com alta temperabilidade, tenacidade e resistência. É um material ideal para componentes mecânicos críticos, tais como: veios, eixos, pinhões, barras de torção, componentes aeronáuticos, entre outros, que, de uma forma geral, funcionam sob a ação de condições de serviço severas e são sujeitos a carregamentos relativamente complexos. Estes componentes mecânicos, apresentam ainda descontinuidades geométricas o que os torna suscetíveis ao fenómeno de concentração de tensões. Para que o risco de falha por fadiga resultante destas características seja reduzido é necessário ter modelos de previsão de vida à fadiga fiáveis e assertivos.Assim sendo, o objetivo principal da presente dissertação é o estudo do comportamento à fadiga de peças entalhadas, concebidas a partir da liga de alta resistência DIN 34CrNiMo6 sujeito a carregamentos de flexão, torção, e a carregamentos proporcionais combinados de flexão-torção. Dentro dos carregamentos combinados são consideradas três razões entre momento fletor (B) e momento torsor (T), mais precisamente B=2T, B=T e B=2T3. Com este estudo pretende-se desenvolver uma metodologia de previsão de vida à fadiga com recurso à simulação numérica por elementos finitos. Mais especificamente, o procedimento consiste na seleção de um modelo constitutivo elasto-plástico que permita obter, de uma forma precisa, o estado de tensão-deformação nas zonas críticas dos entalhes. As geometrias dos provetes utilizados nos ensaios de fadiga consistem em barras de secção circular com entalhes laterais em forma de U. Consideram-se razões de tensão próximas de zero e cargas com amplitude constante. As previsões de vida à fadiga são obtidas com os modelos de Coffin-Manson (CM), de Smith-Watson-Topper (SWT) e de Ellyin. O segundo objetivo é identificar um parâmetro de dano representativo, que permita estimar a vida à fadiga para diferentes tipos de solicitação, nomeadamente diferentes relações de proporcionalidade entre tensões normais e de corte.Globalmente, as previsões de vida obtidas com o modelo energético de Ellyin apresentam boa correlação, com cerca de 84% dos casos dentro de bandas de dispersão com fatores de 2. Relativamente aos outros dois modelos, os resultados foram menos interessantes.

As indústrias têxteis possuem grande potencial poluidor pois geram grandes quantidades de efluentes contendo compostos recalcitrantes, incluindo corantes. Diversos processos tem sido empregados na descontaminação de efluentes industriais e estudos indicam a adsorção empregando resíduos agroindustriais como matrizes adsorventes como processos promissores na remoção de cor. Neste contexto, o presente trabalho teve como objetivo avaliar a casca de amendoim como adsorvente alternativo no processo de remoção de corante têxtil (Reactive Blue 203) em meio sintético e de efluente industrial. Para isso, foram realizadas análises de caracterização do material adsorvente, revelando elevadas quantidade de fibras (69,25%), dentre elas os polissacarídeos (glucana e xilana) e de lignina (39,4%). A biomassa apresentou um pHpcz de 6,9, a microscopia eletrônica de varredura demonstrou que sua superfície é altamente porosa e a análise da superfície especifica por BET, indicou uma área superficial de 0,4431 m2.g-1 e diâmetro médio de poro de 20,120 Å na biomassa moída com tamanho de partícula de 0,250 mm. Um Delineamento Composto Central Rotacional 23 foi empregado para avaliar e definir as melhores condições de processo, sendo estudadas a influência dos parâmetros pH, temperatura da solução e granulometria do adsorvente sobre a capacidade de remoção de cor de efluente sintético (Reactive Blue 203). As variáveis pH e temperatura apresentaram influência significativa no processo de remoção de cor e como melhores condições de processo foram definidos pH de 3,0, temperatura de 30o C e granulometria de 0,250 mm. O tempo de equilíbrio foi alcançado após 400 minutos de contato. O modelo cinético de pseudo-segunda ordem foi o que melhor descreveu o processo de adsorção. As isotermas de adsorção foram avaliadas a partir dos modelos matemáticos de Langmuir e Freundlich, sendo que o modelo de Langmuir foi o que melhor descreveu o processo. Os parâmetros termodinâmicos indicam que a energia livre de Gibbs apresenta valores positivos indicando que o processo não é espontâneo. Valores negativos da entalpia sugerem uma natureza exotérmica da adsorção e valores negativos da entropia indicaram um aumento no grau de organização do sistema. A energia de ativação do processo de adsorção do corante sobre matriz a estudada, indicam uma adsorção química ativada. A casca de amendoim demonstrou ter potencial de remoção de cor em efluente industrial (66,83%), o que pode ser melhorado empregando condições de processos mais específicas. Por outro lado, a reutilização do material não foi ótima nas condições de dessorção empregas devendo ser melhor avaliado devido à natureza química da adsorção. The textile industries have great potential for pollutants because they generate large quantities of effluents containing recalcitrant compounds, including dyes. Different processes have been employed in the decontamination of industrial effluents and studies indicate the adsorption using agroindustrial residues as adsorbent matrices as promising processes in the removal of color. In this context, the present work had the objective of evaluating peanut shell biomass as an alternative adsorbent in the process of dye removal (Reactive Blue 203) in synthetic and industrial effluent. For this, characterization analyzes of the adsorbent material were performed, revealing a high amount of fibers (69,25%), among them polysaccharides (glucan and xylan) and lignin (39,4%). The biomass showed a pHzcp of 6,9, the scanning electron microscopy demonstrated that its surface is highly porous and the BET specific surface analysis indicated a surface area of 0,4431 mg.g-1 and mean pore diameter of 20,120 Å in ground biomass with a particle size of 0,250 mm. A 23 central composite rotational design was use to evaluate and define the best process conditions, studing the influence of the parameters pH, solution temperature and adsorbent granulometry on the color removal capacity of synthetic effluent (Reactive Blue 203). The pH and temperature variables showed a significant influence on the color removal process and, as the best process conditions, pH of 3,0, temperature of 30oC and particle size of 0,250 mm were define. The equilibration time was reach after 400 minutes of contact. The kinetic model of pseudo-second order was the one which best described the adsorption process. The adsorption isotherms were evaluate from the mathematical models of Langmuir and Freundlich, and the Langmuir model best described the process. The thermodynamic parameters shown that Gibbs free energy presents positive values, indicating that the process is not spontaneous. Negative enthalpy values suggest an exothermic nature of the adsorption and negative entropy values indicate an increase in the degree of organization of the system. The activation energy of the dye adsorption process on the studied matrix indicates an activated chemical adsorption. The peanut hulls showed potential for color removal in industrial effluent (66,83%), which can be improved by employing more specific process conditions. On the other hand, the reutilization of the material was not optimal under the desorption conditions because the chemical nature of adsorption.

O fenómeno de fadiga é uma das principais causas de falha dos componentes mecânicos sujeitos a cargas cíclicas. É um processo de alteração estrutural permanente, progressivo e localizado. Este fenómeno é dividido em três etapas: i) nucleação e iniciação da fenda; ii) propagação estável da fenda; iii) e rotura do material. Devido ao facto da fadiga ser um fenómeno bastante complexo e depender de inúmeras variáveis, muita da investigação desenvolvida foca-se em apenas uma das suas fases. Devido ao desenvolvimento da tecnologia informática, a aplicação de métodos numéricos avançados, mais precisamente o método dos elementos finitos, tem-se mostrado bastante eficaz, permitindo o desenvolvimento de ferramentas para estimar o tempo de serviço de componentes, prevenindo assim a sua rotura. Uma das abordagens numéricas mais eficientes é a técnica de remalhagem adaptativa. Contudo, esta técnica requer um conjunto muito específico de sub-rotinas, relativamente complexas, que não se encontram disponíveis nos principais softwares generalistas de elementos finitos. O objetivo deste trabalho e o desenvolvimento de uma ferramenta numérica, baseada na técnica de remalhagem adaptativa, para interação com o software comercial de elementos finitos ANSYS que permita estudar, de forma simples e rápida, fenómenos de propagação de fendas por fadiga, sem necessidade de conhecimentos específicos sobre a técnica numérica. Assim, utilizando o software ANSYS, é criado um modelo tridimensional de elementos finitos, a partir do qual se obtém o campo de deslocamentos da peça fissurada; depois, são calculados os avanços nodais da frente de fenda; e, em seguida, é definida uma nova frente de fenda. Após o desenvolvimento da ferramenta, procedeu-se à validação dos resultados, comparando as previsões numéricas com as formas de fenda obtidas experimentalmente. Por fim, foi estudado o efeito de diferentes variáveis na evolução da forma da fenda, nos fatores de intensidade de tensão e na vida da fadiga.

A fadiga é um dos principais mecanismos de falha de componentes mecânicos sujeitos a cargas cíclicas. O objetivo principal desta investigação consiste na quantificação da extensão da camada superficial em geometrias planas entalhadas com fendas passantes e sujeitas a carga cíclica com amplitude constante. Neste trabalho consideraram-se três geometrias planas: um provete M(T) normalizado que serviu de referência; um provete M(T) com entalhes laterais em forma de U com raios e profundidades variáveis; e, também, um provete M(T) com entalhes em V com ângulos de abertura e profundidades variáveis. A análise foi efetuada a partir de dois modelos constitutivos, mais concretamente, um modelo linear-elástico e um modelo elasto-plástico. Numa primeira fase do trabalho, procedeu-se á otimização da malha de elementos finitos, com ênfase especial na topologia de malha, caraterizada por um elevado nível de refinamento junto à superfície. Numa segunda fase, no que concerne à extensão da camada superficial, foram estudados os efeitos da espessura da peça, da geometria e forma de entalhe, do comprimento de fenda, e da tensão remota aplicada. Após análise dos resultados, verificou-se que a extensão da camada superficial é influenciada pela espessura nos provetes M(T), M(T)u e M(T)v. Para espessuras inferiores a 2 mm, a extensão da camada superficial aumenta de forma acentuada à medida que a espessura diminui. Para espessuras superiores ao valor referido, a extensão da camada superficial tende a estabilizar. Verificou-se, ainda, que os valores estáveis são mais elevados para os modelos elasto-plásticos do que nos modelos lineares-elásticos. Também as variáveis geométricas, associadas a cada geometria, tiveram influência. No caso do provete M(T)u, observou-se um efeito assinalável do raio do entalhe (r), e no provete M(T)v uma influência determinante do ângulo de abertura do entalhe (α). Relativamente à profundidade do entalhe (b), verificou-se um efeito pouco revelante. Foi, ainda, distinguido um efeito considerável do comprimento de fenda. No caso do modelo elasto-plástico, foi ainda identificado um efeito importante do valor da tensão remota (σ). Constatou-se que a extensão da camada superficial aumenta com a tensão remota. Fatigue is a major failure mechanisms of mechanical components subjected to cyclic loading. The main objective of this research is to quantify the extent of the surface region in planar notched geometries with through cracks and subjected to constant amplitude cyclic loading. In this research, it was considered three planar geometries: a standard M(T) specimen used as a reference; a M(T) specimen with lateral U-shaped notches; and also a M(T) specimen with V-shape notches. The analysis was performed from two constitutive models, more specifically, a linear-elastic model and an elasto-plastic model. In a first stage, the finite element mesh has been optimized. The emphasis has been put on the mesh topology which is characterized by a high level of refinement near the surface. In a second stage, the extent of surface layer has been evaluated taking into account the effects of thickness, geometry and notch shape, crack length, and remote applied stress. After the analysis of results, it was found that the extent of the surface region is influenced by the thickness for the M(T), M(T)u and M(T)v specimens. For thicknesses lower than 2 mm, the extension of the surface region sharply increases as the thickness decreases. For thicknesses greater than the mentioned value, the extent of surface region tends to stabilize. It was also concluded that the S1 and S2 values are higher for the elasto-plastic models than for the linear-elastic models. Furthermore, the geometric variables associated with each geometry have influence. In the case of the M(T)u specimen, there is a significant effect of notch radius (r); for the M(T)v specimen, a significant influence of the notch angle (α) is also identified. Regarding the crack depth (b), a slight effect has been observed. The crack length has also an important effect on the results. In the case of the elastic-plastic model, it was also identified an additional effect caused by the remote applied stress (σ). In general, the extent of surface region increases with the remote applied stress

O fenómeno de fadiga é uma das principais causas de falha dos componentes mecânicos sujeitos a cargas cíclicas. Este fenómeno engloba três fases principais: nucleação e iniciação de fenda, propagação estável de fenda, e rotura final. Sendo um fenómeno bastante complexo e dependente de inúmeras variáveis, muita da investigação desenvolvida centra-se apenas numa das fases mencionadas. Este trabalho foca-se na fase de propagação estável de fenda. Por outro lado, devido ao crescente aumento das velocidades de processamento dos computadores da atualidade, a aplicação de métodos numéricos avançados, nomeadamente o Método dos Elementos Finitos, tem-se revelado muito eficaz no desenvolvimento de ferramentas fiáveis para estimar o tempo de serviço dos componentes suscetíveis de falhar por fadiga. Uma das abordagens numéricas mais eficientes é conhecida por técnica de remalhagem adaptativa. Contudo, esta técnica requer um conjunto muito específico de sub-rotinas, relativamente complexas, que não se encontram disponíveis nos principais softwares generalistas de elementos finitos. Nesse sentido, o objetivo principal deste trabalho é desenvolver uma ferramenta numérica que interaja com softwares comerciais de elementos finitos e que permita estudar fenómenos de propagação de fendas por fadiga de forma amigável para o utilizador. A ferramenta desenvolvida implementa um procedimento de propagação automática de fenda, baseado na técnica de remalhagem adaptativa, compatível, nesta fase, com o software comercial de elementos finitos ABAQUS. Esta aplicação informática cria um modelo tridimensional de elementos finitos; obtém o campo de deslocamentos da peça fissurada; calcula os avanços nodais da frente de fenda aplicando curvas da/dN-K; e, por fim, define uma nova frente de fenda usando funções cubic spline. Após o desenvolvimento do procedimento, procede-se à validação dos resultados numéricos, comparando-os com resultados experimentais obtidos para condições idênticas de propagação. Finalmente, o procedimento numérico é usado para estudar o efeito de diferentes variáveis (i.e. forma inicial de fenda, espessura, e expoente da lei de Paris) na evolução da forma da fenda; nos fatores de intensidade de tensão; e na vida de fadiga. Fatigue phenomenon is a major cause of failure in mechanical components subject to cyclic loading. This phenomenon involves three main stages: crack nucleation and crack initiation, stable crack growth, and final fracture. It is a very complex phenomenon and depends on many variables. Due to this fact, much research is focused on only a single stage. This work is devoted to stable crack growth. Moreover, due to the high processing capacity of today's computers, the application of advanced numerical methods, in particular finite element method, has proved to be very effective in the development of reliable tools to predict the lifetime of components susceptible to fatigue failure. One of the most efficient numerical approaches is the adaptive re-meshing technique. However, this technique requires a set of specific subroutines, relatively complex, which are not available in the commercial finite element packages. The main objective of this work is to develop a user-friendly numerical tool able to interact with commercial finite element software and able to address fatigue crack growth problems. The tool developed implements an automatic procedure based on an adaptive re-meshing technique, compatible, at this stage, with the ABAQUS finite element software. It consists of five main steps: development of a three-dimensional finite element model; calculation of the displacement field of the body; determination of the nodal advances along the crack front applying da/dN-K curves; and, finally, definition of a new crack front using cubic spline functions. After the development of the procedure, the numerical results are compared with those obtained experimentally, for validation purposes. Finally, the numerical procedure is used to study the effect of different variables (i.e. initial crack shape, thickness, and exponent of Paris law) on crack shape evolution; stress intensity factors; and fatigue life.

Dissertação de Mestrado em Engenharia Mecânica, especialidade de Produção e Projeto, apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra. A fadiga é um dos principais mecanismos de falha de componentes mecânicos sujeitos a cargas cíclicas. Este fenómeno é geralmente dividido em três fases principais: iniciação de fenda, propagação estável de fenda e rotura final. Esta dissertação centra-se na fase de propagação estável de fenda. A propagação de fendas por fadiga (FCG) é já um tema muito abordado na comunidade científica, levando a que este trabalho aponte numa direção mais específica e com menor incidência por parte de outros estudos. O objetivo geral deste estudo assenta na quantificação da extensão da camada superficial em geometrias planas sujeitas a Modo-I. Uma das principais aplicações deste estudo será o desenvolvimento mais preciso de malhas de elementos finitos para este tipo de geometrias. Para conseguir essa quantificação, desenvolveu-se um procedimento que consiste em três etapas principais: obtenção de formas estáveis de fenda utilizando uma técnica de remalhagem baseada no método dos elementos finitos; determinação da triaxialidade de tensão ao longo da frente de fenda; e por fim o cálculo da extensão da camada superficial a partir dos valores de triaxialidade de tensão obtidos na etapa anterior. Antes da quantificação da extensão da camada superficial foi desenvolvida e otimizada uma topologia de malha específica, caraterizada por um elevado nível de refinamento ao longo da espessura. Foram estudados os efeitos da espessura do provete, da dimensão da fenda, da forma da fenda, da tensão aplicada, e também o efeito de diferentes valores de sobrecargas. Neste estudo foram utilizados dois modelos distintos, um com comportamento elástico do material e outro com comportamento elasto-plástico. Ao longo do trabalho, verificou-se que a extensão da camada superficial é influenciada pelo valor da espessura do componente. Para espessuras inferiores a 1 mm, a extensão da camada superficial aumenta de forma acentuada à medida que a espessura diminui. Para espessuras superiores ao valor referido, a extensão da camada superficial tende a estabilizar, deixando de sofrer alterações significativas. A aplicação de sobrecargas tem também influência notória na extensão da camada superficial. Após aplicação da sobrecarga, há um aumento gradual da extensão da camada superficial que se dissipa à medida que a fenda propaga. Este efeito instável é mais acentuado e prolonga-se mais no tempo para valores de taxa de sobrecarga superiores. A partir dos modelos elasto-plásticos foi ainda possível observar que a extensão da camada superficial aumenta com o comprimento de fenda. Por fim, foi possível estabelecer uma relação linear entre a extensão da camada superficial e a gama do fator de intensidade de tensão. Fatigue is a major failure mechanism of mechanical components subjected to cyclic loading. This phenomenon is generally divided into three main phases: crack initiation, stable crack growth, and final failure. This thesis is focused on the stable crack growth phase. The fatigue crack growth (FCG) is already a very common theme in the scientific community. Here, it is analysed a more specific aspect of FCG. The aim of this study is the quantification of the extent of surface region in planar geometries subjected to Mode-I. One of the main applications of this study will be the development of more adequate finite element meshes for this type of geometry. To get this quantification, it was developed a procedure that consists of three main steps: simulation of stable crack fronts using a remeshing technique based on the finite element method; determination of stress triaxiality along the crack front; and finally the calculation of the extent of surface region from stress triaxiality values obtained in the previous step. Before the quantification of the extent of surface region, it has been developed and optimized a specific mesh topology, characterized by a high level of refinement along the thickness. We studied the effects of specimen thickness, crack dimension, crack shape, remote stress, and also the effect of different overload values. In this study were used two distinct constitutive material models, one with linear-elastic behavior and other with elasto-plastic behavior. Throughout the study, it was verified that the extent of surface region is influenced by the thickness. For thicknesses lower than 1 mm, the extent of surface region increases sharply as the thickness decreases. For thicknesses bigger than that value, the extent of surface region tends to stabilize without significant changes. The application of overloads also influences notoriously the extent of surface region. After the application of the overload, there is a gradual increase of that extent which dissipates as the crack propagates. This unstable effect is more pronounced and is prolonged more time for higher values of the overload ratio. From the elasto-plastic models, it was also observed that the extent of surface region increases with the crack length. Lastly, it was possible to establish a linear relation between the extent of surface region and the stress intensity factor range.

Vários métodos experimentais têm sido propostos para aumentar a vida de fadiga através do retardamento da propagação das fendas, nomeadamente pela redução da intensidade de tensão na extremidade da fenda (preenchimento da fenda, aplicação de remendos compósitos, e reparação por soldadura), pela redução da concentração de tensões na extremidade da fenda (inserção de furos) ou pela introdução de tensões residuais de compressão. As tensões residuais de compressão podem ser geradas pela aplicação de sobrecargas, por shot peening, por aquecimento local, e pela inserção de furos na proximidade da fenda. A melhoria da vida de fadiga controlada por aplicação de uma sobrecarga no material junto da extremidade da fenda introduz um campo de tensões residuais de compressão, que pode aumentar significativamente a vida de fadiga de um componente. Em alguns casos, a aplicação de uma sobrecarga com carregamento subsequente de baixa amplitude pode mesmo parar a propagação da fenda. O presente trabalho foca-se no estudo do efeito de sobrecargas simples e múltiplas na extensão da vida de fadiga. Numa primeira fase, é desenvolvida e otimizada uma técnica automática tridimensional (3D) de crescimento de fenda de fadiga (FCG) baseada no método de elementos finitos (MEF). Depois, o efeito de sobrecargas no fecho de fenda induzido por plasticidade é obtido numericamente, considerando sobrecargas simples e periódicas, para estados planos de tensão e de deformação. Finalmente, os valores de fecho de fenda obtidos anteriormente são introduzidos nos modelos de propagação automática desenvolvidos previamente. As variações de vida de fadiga obtidas para as várias situações estudadas são comparadas com as vidas obtidas para amplitude constante. Neste trabalho, para além dos efeitos da aplicação de sobrecargas simples e múltiplas, estudam-se também os efeitos da intensidade da sobrecarga, do instante de aplicação da sobrecarga, da espessura da peça, e do material.

O Mestrado em Engenharia Mecânica contempla, opcionalmente, a execução de um estágio curricular, com o objetivo de aprofundar a formação do aluno em contexto de trabalho através da sua integração nas atividades de uma empresa. Neste caso particular, o autor deste relatório teve possibilidade de estagiar numa empresa de desenvolvimento de produto, a MODO exato Design. Durante o decorrer do estágio, o autor do relatório teve o privilégio de participar em vários projetos, sendo que o projeto que mais tempo e dedicação o evolveu foi o desenvolvimento de um contentor enterrado para resíduos sólidos urbanos (RSU). Neste relatório são descritas, em pormenor, as principais etapas necessárias para o desenvolvimento e modelação de um contentor enterrado para RSU, cujo objetivo final é a construção de um protótipo. Os elementos do contentor que foram elaborados no decorrer do estágio são os seguintes: - Plataforma de segurança, composta por: - Mecanismo de bloqueio; - Estrutura da plataforma de segurança. - Sistema de extração, composto por: - Quick; - Plataforma de solo; - Niveladores da plataforma de solo; - Aro de solo. O contentor enterrado desenvolvido no decorrer do estágio obedece à norma europeia EN13071 (2008) e a vários requisitos do cliente. A norma mencionada regulamenta a resistência mecânica que os vários elementos devem ter. Para garantir o comprimento da norma foram realizados vários ensaios numéricos com o software SolidWorks.