Análise do crescimento à fadiga, interação e coalescência de múltiplas trincas com o método dos elementos de contorno dual

Abstract

Dano múltiplo e generalizado devido à fadiga tem sido um problema em aviões e na indústria da construção civil, há muito tempo. Componentes estruturais desenvolvem trincas em vários locais que crescem em percursos que são difíceis de prever. Quando duas trincas se aproximam, seus campos de tensão se influenciam mutuamente levando a um efeito de aumento ou blindagem que depende da posição e orientação das trincas. Uma vez que não existem métodos analíticos generalizados para prever campos de tensão na trinca, a simulação do crescimento de múltiplas trincas, e da coalescência (linkup) entre elas, são importantes e desafiadoras tarefas de uma área de pesquisa que ainda está se desenvolvendo. Este trabalho descreve uma aplicação bidimensional do Método dos Elementos de Contorno Dual (MECD) para a análise de modo misto do crescimento de múltiplas trincas na mecânica da fratura linear elástica, sob carregamento de fadiga. O processo de crescimento de trinca é simulado com uma análise de extensão incremental de múltiplas trincas baseada no critério da máxima tensão principal. Para cada incremento da análise, em que as extensões da trinca são modeladas com novos elementos de contorno, o MECD é aplicado para realizar uma análise de tensão de região única da estrutura trincada e a Integral J é utilizada para calcular os fatores de intensidade de tensão. A análise incremental é baseada na técnica de predição-correção que define, em cada incremento da análise, a direção e a extensão das múltiplas trincas, levando em conta assim a discretização da análise e garantindo que o requisito da unicidade do percurso seja satisfeito. Baseado no critério de plastificação do ligamento, que assume que quando as zonas plásticas de duas trincas adjacentes se tocam, o ligamento entre elas falha e as trincas coalescem, chapas com múltiplas trincas podem ser analisadas. A vida à fadiga e a resistência residual da estrutura são introduzidas como um procedimento de pós-processamento dos resultados do crescimento das múltiplas trincas. Resultados dessa análise incremental são apresentados para várias geometrias com danos generalizados, demonstrando a acurácia e eficiência das estratégias adotadas na análise.