Análise experimental e numérico-computacional da influência do jateamento com granalha na propagação de trincas.

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Rosalie, Beugre Ouronon Marie
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: AISI 5160 steel; Compressive residual stress; Fadiga dos materiais; Fatigue of materials; Fracture mechanics; Johnson-Cook model; Numerical modeling; Processos de fabricação (Engenharia mecânica); Rice's J integral crack growth; Shot peening; Stress intensity factor; Temperature effect; Tensão residual; Thermal relaxation of residual stress
• Link de acesso: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3151/tde-29052019-100724/

O Jateamento com granalha (shot peening, em inglês) é um processo de fabricação amplamente utilizado em indústrias mecânicas, automotivas, navais, aeronáuticas e outras indústrias metalúrgicas. O objetivo principal é induzir tensões residuais de compressão para melhorar a vida à fadiga das peças e estruturas. A modelagem e simulação do processo são muito difíceis, pois envolvem a consideração de muitos e complexos aspectos. Este trabalho propõe um método de modelagem tridimensional utilizando o método dos elementos finitos para a simulação numérica desse processo assim como a sua influência na propagação de trinca, considerando efeitos pouco estudados, como o amolecimento do material devido ao aumento da temperatura na peça durante os impactos, ao comportamento elasto-plástico das granalhas e a rugosidade da peça tratada nos parâmetros da trinca. A modelagem proposta para simular o processo de jateamento com granalhas inclui: (i) análise dinâmica explícita, (ii) modelagem tridimensional, (iii) cálculo da velocidade real das granalhas, (iv) modelo de contato com coeficientes de atrito estático e dinâmico entre as áreas em contato, (v) o modelo constitutivo de Johnson-Cook para o comportamento do material alvo, (vi) um comportamento elasto-plástico multilinear para as granalhas, (vii) a consideração da cobertura real de uma área dada da superfície jateada, (viii) a consideração do aumento da temperatura no material durante o processo e (ix) o relaxamento de tensões residuais devido a este aumento de temperatura. As simulações numérico-computacionais para investigar a influência do processo em fenômenos, tais como fadiga e propagação de trinca, necessitou uma nova abordagem para a incorporação das tensões residuais num modelo de elementos finitos. Além disso, foram realizados vários ensaios quase-estáticos e dinâmicos para a determinação dos parâmetros do modelo constitutivo de Johnson-Cook para o aço AISI 5160. Para a avaliação das metodologias propostas, as tensões residuais foram introduzidas e avaliadas em uma mola parabólica automotiva, sendo que as tensões residuais foram avaliadas através da técnica de difração de raios-X, a intensidade e a cobertura do processo de jateamento com granalha na mola foram avaliadas com Lupa e rugosímetro. Também, dados experimentais de ensaios de fadiga relatados na literatura, realizados em corpos de prova tipo CT foram utilizados. A modelagem numérica do processo de jateamento com granalha desenvolvida neste trabalho consegue prever com sucesso os perfis das tensões residuais, com valores bem próximos aos obtidos experimentalmente. A investigação numérica do efeito do processo na vida à fadiga e fratura das peças comprovou a sua influência nos parâmetros de propagação de trinca nas regiões afetadas pelo processo, ocasionando um amplo aumento da vida à fadiga, e confirmou o relaxamento das tensões residuais devido aos ciclos de carregamento conforme as observações experimentais na literatura.