Fatigue and cyclic plasticity of 304L stainless steel under axial, torsional and proportional axial-torsional loading
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Dissertação (Mestrado em Ciências Mecânicas)—Universidade de Brasília, Brasília, 2018.http://repositorio.unb.br/handle/10482/31953Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2018.Os objetivos deste trabalho são investigar o comportamento tensão-deformação cíclico e a fadiga multiaxial do aço inoxidável 304L por meio de ensaios axiais, torsionais e axiais-torsionais proporcionais totalmente alternados controlados por deformação à temperatura ambiente e avaliar os modelos de fadiga do tipo plano crítico propostos por Smith, Watson e Topper (1970), e Fatemi e Socie (1988) em relação à previsão de vida à fadiga e à orientação das trincas macroscópicas. Corpos de prova tubulares com paredes finas usinados após o tratamento térmico de normalização foram submetidos a amplitudes de deformação equivalente de von Mises tais que 0,20% ≤ Δ/2 ≤ 1,00%. Devido à dependência da taxa de carregamento do comportamento tensão deformação do aço inoxidável 304L, todos os ensaios foram realizados com frequências (0,30-2,00 Hz) tais que a taxa de deformação equivalente de von Mises fosse igual a 10-2 s-1. Observou-se que o endurecimento secundário nos ensaios proporcionais só ocorreu para amplitudes de deformação equivalente Δ/2 ≥ 0,80% enquanto todos os ensaios axiais-torsionais apresentaram endurecimento secundário. Baseado na comparação entre os estados de tensão, concluiu-se que há falha por fadiga antes que o endurecimento secundário se torne significativo para os ensaios proporcionais cuja Δ/2 ≤ 0,60%. Observou-se um comportamento do tipo Masing para uma faixa de deformação axial Δ/2 ≤ 0,40% e torsional Δ/2 ≤ 0,61% para ensaios axiais, torsionais e proporcionais. A deformação equivalente de von Mises não pode ser usada como parâmetro limite para o comportamento Masing já que o ensaio proporcional cuja Δ/2 = 0,50% apresenta comportamento semelhante àquele de ensaios cuja Δ/2 ≤0,50%, o que não ocorre para o ensaio axial de mesma amplitude de deformação equivalente. Observou-se não proporcionalidade nos espaços das tensões desviadoras e das deformações plásticas para os ensaios proporcionais no espaço das deformações totais. No entanto, não se observou um aumento na amplitude de tensão destes ensaios quando comparados a ensaios axiais e torsionais, o que sugere que o endurecimento não proporcional está associado à não proporcionalidade no espaço das deformações totais. Não houve influência significativa do endurecimento secundário na análise de fadiga, já que não houve diferença significativa entre as estimativas de vida realizadas com constantes materiais obtidas de diferentes ciclos de referência para os dois modelos. Os modelos investigados previram a vida à fadiga com boa acurária, mas falharam em prever a orientação das trincas para todas as três histórias de deformação.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq).The goals of this work are to investigate the cyclic stress-strain behaviour and the multiaxial fatigue of the 304L stainless steel through fully reversed strain-controlled axial, torsional and proportional axial-torsional experiments at room temperature and to evaluate the critical plane fatigue models proposed by Smith, Watson and Topper (1970), and Fatemi and Socie (1988) regarding the fatigue life and the macroscopic fatigue crack orientation. Thin-walled tubular specimens machined after a normalization heat treatment were submitted equivalent von Mises strain amplitudes such that 0:20% "eq=2 1:00%. Due to the rate-dependent cyclic stressstrain behaviour of the 304L stainless steel, all experiments were performed with frequencies (0.30{2.00 Hz) such that the equivalent von Mises strain rate was equal to 102 s1. It was observed that the secondary hardening upon proportional loads occurred only for "eq=2 0:80%, whilst it occurred for all axial and torsional experiments. Based upon the comparison between stress states, it was concluded that fatigue failure occurs before the secondary hardening becomes important for proportional experiments whose "eq=2 0:60%. A Masing-type behaviour was observed for a range of axial strain "=2 0:40% and torsional strain sur=2 0:61% for axial, torsional and proportional experiments. The equivalent von Mises strain amplitude cannot be used as a threshold since the proportional experiment whose "eq=2 = 0:50% exhibits a behaviour similar to experiments whose "eq=2 < 0:50%, which does not occur for the axial experiment with the same equivalent strain amplitude. non-proportionality upon deviatoric stress and plastic strain spaces was observed for proportional experiments upon total strain space. Nonetheless, an increase in stress amplitude was not observed for those experiments when compared to axial and torsional ones, which suggests that non-proportional hardening is related to non-proportionality upon the total strain space. There was no signi cant inuence of secondary hardening upon fatigue analysis since there was no signi cant di erence between life predictions generated from material constants obtained from di erent reference cycles for both models. The investigated models predicted accurately fatigue life, but failed to predict crack orientation for all the three strain histories.Faculdade de Tecnologia (FT)Departamento de Engenharia Mecânica (FT ENM)Programa de Pós-Graduação em Ciências MecânicasengA concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.info:eu-repo/semantics/openAccessFatigue and cyclic plasticity of 304L stainless steel under axial, torsional and proportional axial-torsional loadinginfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisFadiga multiaxialPlasticidade cíclicaAço inoxidávelDeformações (Mecânica)reponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNBORIGINAL2018_CainãBemficadeBarros.pdf2018_CainãBemficadeBarros.pdfapplication/pdf12251436http://repositorio.unb.br/bitstream/10482/31953/1/2018_Cain%c3%a3BemficadeBarros.pdf876fa05cf00aed82da7e296be39eec5eMD51open accessLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain671http://repositorio.unb.br/bitstream/10482/31953/2/license.txtbacfee268cc5d4f6aaa2e6e0066d38f5MD52open access10482/319532025-12-26 17:10:27.138open accessoai:repositorio.unb.br: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Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2025-12-26T20:10:27Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB) |
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