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    Análise da fadiga em juntas tubulares de plataformas offshore fixas através de modelos em elementos finitos.
    (2002) Taier, Roberto; Araújo, Ernani Carlos de; Godefroid, Leonardo Barbosa; Ebecken, Nelson Francisco Favilla
    Dos custos de monitoramento das condições em serviço de uma instalação offshore estima-se que 50% referem-se a inspeções para averiguar trincas por fadiga. Inspeção e avaliação de defeitos são importantes para garantir a integridade da instalação ao longo do tempo, atendendo aos critérios de segurança e de operacionalidade. O aprimoramento dos procedimentos para elaboração dos programas de monitoramento inclui análises estruturais de confiabilidade, avaliações de conseqüências de falhas e cálculos refinados de vida à fadiga para identificar áreas críticas na estrutura. Neste trabalho, quatro juntas tubulares de uma plataforma offshore fixa foram modeladas em elementos finitos para o cálculo das respectivas vidas à fadiga e posterior comparação com os resultados obtidos através de modelos convencionais em elementos de barras. Foram também cotejados os fatores de concentração de tensões, obtidos com base nas formulações paramétricas, com os calculados através dos modelos em elementos finitos. Um programa computacional específico foi utilizado para a análise da fadiga contemplando o modelo usual completo da plataforma em elementos de barras. A partir desses resultados foram selecionadas quatro juntas tubulares típicas, que faziam parte do plano de inspeção da plataforma, para serem modeladas através de um programa específico de análise por elementos finitos. Os resultados desse trabalho objetivaram averiguar a validade do refinamento do cálculo da vida à fadiga em juntas críticas da plataforma e avaliar as suas conseqüências na elaboração do plano de inspeção. Os resultados obtidos permitiram concluir que a análise por elementos finitos tornase recomendada para juntas que não apresentam tipo e/ou comportamento compatíveis com as configurações padronizadas, normalmente utilizadas pelos programas. Das quatro juntas analisadas, duas delas apresentaram valores de vidas à fadiga melhores que os existentes, superiores à vida útil da plataforma com fator de segurança, não necessitando, portanto, fazer parte do plano de inspeção da plataforma.
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    Analysis of fatigue in the weld of the joints in the fixed offshore platforms.
    (2013) Taier, Roberto; Araújo, Ernani Carlos de; Godefroid, Leonardo Barbosa
    Four tubular joints of a fixed offshore platform are modelled using finite elements to evaluate respective fatigue lives and comparison with the results obtained from conventional models in frame elements. Stress concentration factors (SCF’s) calculated from parametric formulas are also compared with those obtained from finite elements models. The results of this work have the intention of verifying the validity of the refinement of fatigue analysis on critical joints of platforms and the evaluation of its consequences in the inspection plan. Results show that finite elements analysis is recommended for joints whose type and/or behaviour is not consistent with standard models, used by computational programs. From four analised joints, two of them would not need to be part of inspection plan.
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    Automação de uma máquina de torção visando sua aplicação na realização de ensaios a frio e a quente.
    (2017) Oliveira Filho, Wagner Rossi de; Faria, Geraldo Lúcio de; Rocha, Ronilson; Faria, Geraldo Lúcio de; Vilela, Jefferson José; Godefroid, Leonardo Barbosa; Rocha, Ronilson
    Experimentos em escala real no setor metalúrgico possuem baixa viabilidade econômica para sua realização. Ainda sim, existe a necessidade contínua de aperfeiçoamento de processos de produção em busca de eficiência e qualidade nos produtos. Entre eles o processo de laminação a quente, que tem sido objeto de muitas pesquisas na ultimas décadas. Os fenômenos que ocorrem neste processo podem ser estudados em pequena escala por meio de ensaios de torção a quente, simulando condições semelhantes ao processo metalúrgico industrial. Neste trabalho foi realizada a automação e adaptação de uma máquina de torção de carregamento por pendulo da fabricante Amsler, desde a etapa de seleção de materiais e dispositivos, com o objetivo de permitir a realização de ensaios automatizados a frio e a quente, possibilitando assim que, no futuro, estudos possam ser desenvolvidos no intuito de simular o comportamento mecânico de aços em processos de laminação a quente. Um algoritmo para desenvolvimento de um software de controle e aquisição de dados da máquina foi proposto e executado utilizando a ferramenta LABVIEW. A execução do projeto de automação se mostrou viável e eficiente. Obteve-se uma máquina de torção automatizada completamente funcional e capaz de realizar ensaios a quente em temperaturas máximas de até 1150oC, incluindo a possibilidade de realização de ensaios por passes. Foi constatado um erro máximo de 0,7% para o fundo de escala do momento de torção e até 0,72o para o ângulo de torção. Foram realizados ensaios de torção a frio e a quente que comprovaram a eficiência do sistema e permitiram a visualização de fenômenos como o encruamento e recuperação por meio das curvas de tensão-deformação.
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    Avaliação da influência de parâmetros de laminação de tiras a quente na tenacidade de um aço que atende aos requisitos da norma API 5L, graus X70 e X80.
    (Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2010) Porto, Ricardo; Godefroid, Leonardo Barbosa
    A indústria petrolífera tem buscado, a cada dia, aumento da resistência mecânica e simultaneamente aumento de tenacidade dos aços para tubos, visando aumento de produtividade e/ou redução de custo de implantação de gasodutos e oleodutos através da redução da espessura de parede do tubo. Os requisitos de tenacidade estão associadas a segurança operacional da malha de dutos que tem como característica levar o fluido (gás / óleo) da região de extração até o centro de consumo, passando por regiões de alta densidade populacional, como cidades, de difícil acesso e de preservação ambiental como florestas. Neste contexto, a ocorrência de falhas em dutos em questão pode ser catastrófica. Neste trabalho foi efetuada avaliação da influência de parâmetros de laminação de tiras a quente na tenacidade de dois graus de aços microligados produzidos para atendimento aos requisitos dos graus X70 e X80 da norma API. A avaliação da tenacidade foi empregando-se ensaios de impacto (Charpy e, principalmente Drop Weight Tear Test) e de propagação da trinca (Integral J). As análises dos parâmetros de processo de laminação de tiras a quente indicaram influência das temperaturas de laminação e taxas de deformação nos resultados de tenacidade do material, sendo obtidos resultados melhores em todos os ensaios realizados quando utilizadas temperaturas mais baixas e taxas de deformação menores nas cadeiras iniciais do trem acabador.
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    Avaliação da integridade estrutural do quartzito itacolomi empregado em monumentos históricos de Ouro Preto sem e com colagem usando diferentes resinas.
    (2011) Neves, José Henrique; Godefroid, Leonardo Barbosa; Cândido, Luiz Cláudio
    A arte da Cantaria usando o quartzito foi utilizada na construção dos monumentos históricos de Ouro Preto/MG. Após mais de 300 anos de existência, parte de algum desses monumentos encontra-se em avançado estágio de deterioração. Na restauração desses monumentos, alguns restauradores empregam a resina poliéster ortoftálica. Nesse trabalho, o quartzito itacolomi não colado e colado com diversas resinas foi submetido a ensaio de resistência em flexão e constatou-se que a resina suportou carga maior que o quartzito. Todos os corpos-de-prova romperam fora da região da aplicação da resina, confirmando a eficácia das resinas para colar a rocha.
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    Avaliação da tenacidade à fratura e da resistência à fadiga de dois aços utilizados em eixos de carros torpedos.
    (Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2008) Sodré, Ricardo Tadeu Meneses; Godefroid, Leonardo Barbosa
    Fadiga e fratura de eixos ferroviários são problemas técnicos que vêm sendo tratados nos estudos de comportamento mecânico dos materiais. A fratura de eixos de carros torpedos em operação traz perda de produção e custo elevado para substituição dos mesmos. Neste trabalho foi estudada a tenacidade à fratura através do parâmetro CTOD e o crescimento de trinca por fadiga da / dNxΔK para dois tipos de aços aplicados em eixos de carros torpedos de indústria siderúrgica: o ASTM A21 grau H e o AISI/SAE 4130, na condição de tratamento térmico temperado e revenido. A principal diferença entre estes dois tipos de aços é a composição química. Corpos-de-prova do tipo C(T), com espessura B =12,5mm, largura W =50mm na orientação L-R foram usados nos experimentos. A freqüência de ensaio foi de f= 30Hz e razão entre tensões R =0,1. Os resultados mostraram que o tamanho de trinca máxima admissível para o ensaio de tenacidade à fratura foi 70,3% maior para o material AISI/SAE 4130, associada a uma resistência mecânica 20,6% maior. Na região I da curva sigmoidal de log(da / dN)xlog(ΔK) , o valor para o limiar de intensidade de tensão th ΔK foi 6% superior para o material ASTM A21 grau H, sendo então mais resistente ao crescimento de trinca por fadiga. Por outro lado foi observado um comportamento praticamente idêntico da taxa de propagação da trinca por fadiga nas regiões II e III. Nos dois tipos de aço o mecanismo de fechamento de trinca por fadiga foi predominantemente induzido por rugosidade, sendo mais acentuado no aço do tipo ASTM A21 grau H.
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    Caracterização do fechamento de trinca de fadiga numa liga Al 7475 pré-deformada e com shot peening.
    (2015) Viana, Thiago Gomes; Godefroid, Leonardo Barbosa; Barroso, Emerson Kellem Lana; Al-Rubaie, Kassim Shamil Fadhil
    No presente trabalho procurou-se verificar o efeito de estiramento em tração e de tratamento mecânico superficial de shot peening na resistência à propagação de trinca de fadiga de uma liga de alumínio do tipo Al 7475-T7351. Trata-se de uma liga Al-Zn-Mg-Cu, com tratamento térmico de superenvelhecimento, para emprego aeronáutico. Corpos-de-prova do tipo C(T) foram confeccionados no sentido longitudinal de conformação mecânica, e posteriormente ensaiados de acordo com a Norma ASTM E 647, para a determinação da taxa de propagação de trinca da/dN em função da força motriz ΔK de propagação de trinca de fadiga, desde o limiar de propagação até a fratura. Os ensaios foram realizados para R (razão entre tensões) igual a 0,1 e 0,5. A espessura dos corpos-de-prova foi de 5 mm. O efeito do estiramento foi estudado em corpos-de-prova com 0%, 3% e 5% de deformação plástica. O efeito de shot peening foi estudado em corpos-de-prova com e sem este tratamento superficial. A resistência à propagação de trinca de fadiga diminui com o aumento do estiramento, mas pode ser melhorada através do shot peening. Quanto maior o valor de R, maior a taxa de propagação de trinca. Todos estes efeitos foram estudados e explicados a partir da determinação da variação da carga de fechamento de trinca em função da força motriz ΔK, assim como através de análise fratográfica.
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    Comportamento em corrosão de juntas soldadas de aços inoxidáveis em meios contendo íons cloretos.
    (2007) Vieira, David Hebert; Pinto, Daniel Fraga; Carvalho, José Antônio Nunes de; SairreBálsamo, Paulo Sérgio de; Godefroid, Leonardo Barbosa; Cândido, Luiz Cláudio
    Avaliou-se a suscetibilidade de aços inoxidáveis ferríticos soldados com aços inoxidáveis austeníticos quanto ao fenômeno de trincamento por corrosão sob tensão (TCST), em soluções aquosas contendo 3,5% (peso) NaCl, e 42% (peso) MgCl2. As técnicas empregadas para ensaios de TCST foram: carga constante e deformação constante no eletrodo. Empregaram-se metodologias da mecânica de fratura, onde se utilizaram CPs do tipo tração-compacto, C(T). Foi verificado que os materiais em estudo foram suscetíveis a TCST em solução aquosa contendo 42% MgCl2, na temperatura de ebulição. Notou-se que o trincamento por CST ocorre a partir da pré-trinca, na zona austenítica, e prossegue para a região ferrítica. Análises microfractográficas indicaram que tanto na região da fratura por TCST quanto na zona de arrancamento final por tração a fratura foi frágil.
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    Comportamento em fadiga de um aço inoxidável duplex UNS S31803 envelhecido termicamente.
    (2019) Costa, Junia Maria Gândara; Cândido, Luiz Cláudio; Godefroid, Leonardo Barbosa; Lacerda, José Carlos de; Godefroid, Leonardo Barbosa; Castro, Geovane Martins de; Teixeira, Ricardo Luiz Perez; Lacerda, José Carlos de; Cândido, Luiz Cláudio
    Os aços inoxidáveis duplex UNS S31803 apresentam resistência mecânica elevada com alta resistência à corrosão, isto se deve a sua microestrutura composta pelas fases ferrita e austenita em igual proporção, que contribui para resistência à corrosão intergranular. Quando submetido a tratamentos isotérmicos em certas faixas de temperatura, pode ocorrer precipitação de nitretos, carbonetos e fases terciárias, tais como: fase sigma e fase alfa linha. Essas fases alteram as propriedades mecânicas e são deletérias a resistência à corrosão. Os efeitos das fases nas propriedades mecânicas foram analisados. Para a precipitação das fases foram realizados tratamentos isotérmicos a 500ºC por 144 horas (fase alfa linha) e a 850ºC por 80 minutos (fase sigma). Os resultados dos efeitos das fases relatadas foram obtidos a partir de análise microestrutural e os seguintes ensaios mecânicos: tração, dureza e fadiga (σa x Nf). Constatou-se a presença de fase sigma nos contornos de grão, o aumento da resistência mecânica com perda de tenacidade, o aumento na dureza e na resistência à fadiga. Quanto à fase alfa linha, também houve aumento da resistência mecânica com menor perda de ductilidade comparado com a fase sigma. No que diz respeito ao comportamento em fadiga do material tratado a 500ºC, pôde-se inferir que na região de alto ciclo o material apresentou melhor desempenho, porém na vida infinita não houve alteração significativa comparado ao material sem tratamento.
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    Comportamento em fadiga e corrosão de um aço UNS S31803 com diferentes frações de ferrita-austenita.
    (2015) Lacerda, José Carlos de; Cândido, Luiz Cláudio; Godefroid, Leonardo Barbosa
    Neste trabalho, foi estudado o efeito de tratamentos térmicos de recozimento na resistência à tração, dureza, à fadiga e no comportamento em corrosão de um aço inoxidável duplex do tipo UNS S31803 laminado a frio. Amostras do aço foram recozidas a 1060°C, 1200°C e 1300°C a fim de se promover variação na fração volumétrica das fases α/γ e possível precipitação de fases indesejáveis para proporcionar a oportunidade de se estudar os seus efeitos nas propriedades mecânicas e resistência à corrosão. Corpos de prova com espessura de 1,8mm foram preparados segundo normas específicas da ASTM. Ensaios de tração foram realizados com controle de deslocamento de velocidade de 5mm/min. Ensaios de fadiga foram realizados com controle de carga usando frequência de 30Hz e razão R entre tensões de 0,1. As análises microestruturais, realizadas por microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura e microscopia eletrônica de transmissão, evidenciaram que, além da mudança na fração volumétrica das fases, ocorreu crescimento de grão da ferrita e austenita, alteração da morfologia da austenita e precipitação de nitreto de cromo na fase ferrita. Com o aumento da temperatura de recozimento do aço foi observada redução do limite de escoamento, limite de resistência, alongamento e limite de fadiga. No aço recozido a 1300°C foi constatado significativo aumento na dureza da ferrita em relação às outras temperaturas de recozimento. O aço apresentou diminuição na resistência à corrosão sob tensão e aumento na temperatura crítica de pite (CPT) com o aumento das temperaturas de recozimento. Conclusivamente, os resultados comprovaram a sensibilidade do aço UNS S31803 tanto em relação às suas propriedades mecânicas quanto de corrosão com mudanças de temperaturas de recozimento.
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    Computational analysis via FEM of Tirefond screws used in the fastening system of railroads aiming to avoid a recurrent failure case.
    (2019) Moreira, Theunis Marinho Marotta; Godefroid, Leonardo Barbosa; Faria, Geraldo Lúcio de; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota
    This work presents a computational evaluation of a Tirefond screw used in Brazilian railroads to support the plate on the wood sleepers. This component has been studied because nowadays it is manufactured by a common low carbon steel, and due to the increase of trains speed and the axle load transported it has been failing with a short life time, causing significant economic losses to the companies that control the Brazilian railways. In this context, static and dynamic analysis were performed using the Finite Element Method (FEM) in order to better understand the recurrent failure causes. The obtained results highlighted the critical stress concentration points where the component fatigue life is low, explaining the premature failures. Based on the generated information, it was possible to propose and to evaluate the effects of geometric and materials change on the Tirefond screw fatigue performance. The actual geometry was evaluated but replacing the actual steel by a carbonitrited SAE 1015 and by a quenched and tempered SAE 4340. Geometric changes as the increase of the screw diameter and elimination of the continuous diameter decrease as it moves away from the screw head were tested. The best solution that guaranteed a fatigue life higher than 106 cycles for all critical positions along the screw structure were the combination of the use of a SAE 4340 steel in a higher diameter screw and the use of a carbonitrited SAE 1015 steel with a continuous 22 mm diameter.
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    Corrosion behavior of UNS S31803 steel with changes in the volume fraction of ferrite and the presence of chromium nitride.
    (2015) Lacerda, José Carlos de; Cândido, Luiz Cláudio; Godefroid, Leonardo Barbosa
    The goal of this study was to examine the changes caused in stress corrosion cracking and the critical pitting temperature behavior of a UNSS31803 duplex stain less steel due to variations in the ferrite fraction and the presence of chromium nitride in their microstructure. The steel plates were cold rolled and annealed at 1060 °C. Microstructural variations in the plates were produced by thermal annealing treatments a t1200 °C and 1300 °C. Steel annealed at 1060 °C showed greater resistance to stress corrosion cracking than steel annealed at 1300 °C. Steel annealed at 1300 °C had the lowest critical pitting temperature.
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    Damage evolution in a tensile specimen of a ductile stainless steel.
    (2016) Faria, Geraldo Lúcio de; Godefroid, Leonardo Barbosa; Nery, Fernando Victor
    This paper presents a study about the fracture mechanism of a ferritic stainless steel (UNS S44400 type) during a tensile test. The applied materials for the experimental procedures were 25 specimens of the steel, machined in the rolling direction. Each specimen was submitted to standard polishing procedures. One of the samples, in the original state, was structurally characterized by reflected light optical microscopy. The other samples were submitted to tensile tests with a constant displacement rate. Three samples were tested until failure (complete tests) and the others just until specific strain values, when the tests were interrupted and the samples were characterized by using optical and scanning electron microscopy. The main objective of these characterizations was to evaluate the structural damage evolution and to identify the fracture mechanism for the tested conditions. A methodology to quantify the damage evolution by surface roughness, identified by optical microscopy, was proposed. A new index - Damage by Diffuse Reflection Index (DRI) - was proposed to quantify the damage evolution in function of the specimen deformation. It was possible to confirm the ductile behavior of the studied steel and that the main fracture mechanism was the traditional dimpled rupture.
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    Determining the conditions for dynamic recrystallization in hot deformation of C–Mn–V steels and the effects of Cr and Mo additions.
    (2014) Martins, Charles de Abreu; Poliak, Evgueni; Godefroid, Leonardo Barbosa; Fonstein, Nina
    The refinement of microstructure and its homogeneity during controlled hot strip rolling is primarily achieved by controlling the austenite recrystallization before its transformation during accelerated cooling. The paper describes the methodology to determine the deformation conditions favorable for dynamic recrystallization (DRX). Using this methodology it becomes possible to delineate the conditions for postdeformation static and metadynamic recrystallization as well. The work is based on viscoplastic power law formalism applied to steady state flow within wide range of deformation temperatures and strain rates. Two equations of the same form but with different coefficients can be used depending on whether the steady state flow is controlled by dynamic recovery (DRV) or DRX. The transition from DRV- to DRX at the corresponding value of Zener-Hollomon parameter Zt can be viewed as the demarcation between static and metadynamic recrystallization occurring after deformation. The approach is illustrated using low carbon Mn–V steel. Alloying with Cr and especially with Mo suppresses DRX and MDRX as manifested by increasing Zt.
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    Development of a methodology for structural and mechanical characterization of extended sheets made from stainless steels.
    (2015) Faria, Geraldo Lúcio de; Godefroid, Leonardo Barbosa; Menezes, Victor Silva
    Extended sheets are produced by a pressure cutting process to transform common sheets in expanded metal. These sheets are usually made of carbon steel, but due to their corrosion susceptible, studies have been developed with the aim to evaluate the viability of replacing these common steels by stainless steels. This study proposed an experimental method to characterize structural and mechanically samples of stainless steel extended sheets (410D, 444A, 439 and 304A) and a 1010 carbon steel sheet thicker than the others. This study has a practical importance because nowadays there are not standardized procedures to do this kind of evaluation. The obtained results showed that the methodology was effective for the proposed objective and that the expanded sheets made of stainless steels have a better performance in terms of mechanical strength compared to the 1010 steel sheet.
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    Efeito da composição química e do volume de água do resfriamento secundário na formação de trincas superficiais transversais de quina em placas produzidas no lingotamento contínuo.
    (Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2012) Alvarenga, Deivison Morais; Godefroid, Leonardo Barbosa
    Tradicionalmente a ArcelorMittal Tubarão é uma grande fornecedora de placas destinadas à laminação de chapas grossas. Com o objetivo de atender à elevação da produção de placas destinadas a esse mercado além do rigor quanto à qualidade superficial, foi desenvolvido um estudo sobre o defeito superficial trinca de quina, que, nessa empresa, tem sido responsável pela realização de grande parte da escarfagem, operação feita para garantir a qualidade superficial para os clientes finais quando identificada a ocorrência dessas imperfeições. Este trabalho visa a contribuir para uma diminuição da ocorrência de trincas superficiais transversais na quina das placas produzidas em lingotamento contínuo, através de um melhor entendimento do mecanismo de formação dessas trincas e da atuação do sistema de refrigeração secundária da máquina de lingotamento contínuo. Os ensaios efetuados no simulador físico termomecânico conseguiram prever muito bem a ductilidade a quente do aço em estudo, vistos os resultados reais encontrados após alteração da distribuição do volume de água no resfriamento secundário da máquina de lingotamento. O estudo realizado permitiu implantar ações de controle de qualidade e de processo, bem como proporcionou um maior entendimento sobre o fenômeno de formação de trincas, fazendo com que houvesse diminuição de custo de processamento, elevação de rendimento e redução de retrabalhos, além de elevação no nível de satisfação dos clientes através da melhoria na qualidade superficial do produto.
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    Efeito da espessura na tenacidade à fratura e no crescimento de trinca por fadiga em um aço do tipo API 5L-X70.
    (Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2012) Barbosa, Luiz Henrique Soares; Godefroid, Leonardo Barbosa
    Com a descoberta de grandes reservas de petróleo em território brasileiro, e a expansão de diversas mineradoras, o principal desafio é transportar a matéria-prima até os centros industriais e o transporte dutoviário torna-se o mais viável, dentre os outros meios. Para que seja atendida esta demanda, devem ser utilizados dutos com aços de maior resistência mecânica, visando um aumento de diâmetro e uma diminuição na espessura dos tubos, sem a necessidade de redução das pressões de operação, mas reduzindo-se o peso e os custos de instalação destas estruturas. Neste trabalho, o objetivo foi avaliar a influência da espessura do corpo de prova na tenacidade à fratura (Integral J) e no crescimento de trinca por fadiga (da/dN x ΔK) de um aço do tipo API 5L-X70. Foram comparados os resultados de corpos de prova do tipo SEN(B) com espessura de 7,5mm e de 15,0mm e largura constante de 30,0mm. O aço apresentou uma microestrutura com bandeamento de perlita, ferrita poligonal e segregação central de bainita, originadas da composição química e do processo de conformação mecânica. O efeito da espessura manifestou-se como um material compósito do tipo divisor de trincas. Assim, nos ensaios de tenacidade à fratura ocorreu o fenômeno de delaminação, aumentando a resistência ao crescimento de trinca do corpo de prova mais espesso. Já nos ensaios de fadiga, o corpo de prova mais espesso, e consequentemente, que possui maior número de camadas alternadas de ferrita e perlita, foi o que desenvolveu maior resistência ao crescimento da trinca.
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    Efeito da pré-deformação e Shot Peening na tenacidade à fratura e propagação de trinca por fadiga da liga de alumínio 7475-T7351, de aplicação aeronáutica.
    (2004) Barroso, Emerson Kellem Lana; Godefroid, Leonardo Barbosa
    As ligas de alumínio são largamente utilizadas em projetos aeronáuticos em função da boa resistência mecânica associada com sua baixa densidade. Dentre elas, a liga 7475-T7351 é utilizada devido ao seu bom comportamento em termos de propagação de trinca de fadiga e seus elevados valores de tenacidade à fratura. Os efeitos da pré-deformação e shot peening na propagação de trinca por fadiga e tenacidade à fratura dessa liga foram investigados. Ensaios com amplitude constante foram realizados para duas razões de tensão R objetivando também mostrar os efeitos dessa variável no comportamento do material. Os resultados mostram que, tanto a resistência à propagação de trinca de fadiga quanto a tenacidade à fratura do material, diminuem na medida em que se aumenta a quantidade de pré-deformação. O mesmo efeito é observado para o aumento da razão de tensão R. Por outro lado, o tratamento por shot peening mostrou ser efetivo para a melhoria das características estudadas. Em relação à propagação de trinca, os efeitos da pré-deformação e do shot peening foram mais pronunciados para a região do limiar ΔKth. Apesar da diferença do comportamento para essas condições, não foi observada mudança significativa na microestrutura do material. O material apresentou fratura dúctil típica das ligas de alumínio, com alvéolos associados com inclusões, algumas vezes fraturadas por deformação. A propagação da trinca de fadiga ocorreu de forma transgranular em toda a extensão do corpo-de-prova, apresentando bifurcação para velocidades de propagação correspondentes à região linear da curva da/dN x ΔK, e aspecto mais plano na região do limiar ΔKth. Na região do limiar ΔKth a superfície de fratura apresentou platôs alongados e, na região de transição, a superfície de fratura foi mais plana, com o aparecimento de estrias de fadiga e bifurcações de trincas. A região superficial da amostra tratada por shot peening apresentou um típico travamento de trincas por tensões compressivas. Os modelos de Paris-Erdogan e Collipriest foram empregados e os resultados experimentais mostraram uma boa concordância com os mesmos. A aplicação do modelo de Collipriest confirma a sua relevância, principalmente quando reduções de peso e de custos são considerações importantes de projeto. Além disso, os valores ΔKth encontrados mostraram grande concordância com o mesmo. Este modelo também apresenta uma característica menos conservativa par a região do limiar ΔKth, em relação ao modelo de Paris-Erdogan, no entanto sem comprometer os aspectos de segurança. Além disso, o modelo de Collipriest apresenta recursos matemáticos para ajustar os dados com grande confiabilidade.
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    Efeito da razão R entre tensões e de sobrecargas na resistência ao crescimento de trinca por fadiga de dois aços perlíticos de aplicação em trilhos ferroviários.
    (2019) Vilela, Tamara Caroline Guimarães; Godefroid, Leonardo Barbosa; Godefroid, Leonardo Barbosa; Modenesi, Paulo José; Cândido, Luiz Cláudio
    Este trabalho estudou os efeitos de algumas variáveis relacionadas à história de carregamento na resistência ao crescimento de trinca por fadiga de dois aços perlíticos utilizados em ferrovias brasileiras; um aço comum e um aço microligado ao V. O comportamento dos aços foi avaliado utilizando-se a metodologia da Mecânica de Fratura, por meio de ensaios de crescimento de trinca por fadiga (da/dN x ΔK). Os ensaios de fadiga foram realizados com a razão R = 0,1 e 0,7 aplicando dois modelos empíricos recentes, propostos por Al-Rubaie et al. (2008) e Jones et al. (2012) para previsão das curvas sigmoidais. Sobrecargas de tração foram aplicadas na ciclagem original sendo: uma sobrecarga em função do tamanho de trinca, dois valores distintos de sobrecarga para um tamanho de trinca fixo, e blocos compostos por diferentes números de ciclos de sobrecarga para um tamanho de trinca fixo. As superfícies de fratura das amostras ensaiadas foram analisadas por microscopia eletrônica de varredura para verificar o mecanismo de fratura nas três regiões de crescimento de trinca por fadiga. As superfícies de fratura também foram analisadas por microscopia de força atômica para confirmar a presença do mecanismo de fechamento de trinca induzido por rugosidade. Ambos os aços apresentaram sensibilidade à razão R entre tensões de carregamento em fadiga. Os dois modelos empíricos foram satisfatórios no tratamento dos dados experimentais, embora o modelo de Jones et al. seja mais simples de ser manipulado. Os aços estudados também apresentaram sensibilidade às sobrecargas de fadiga, o que pode representar um efeito positivo relacionado ao retardamento do crescimento de trinca com aumento de sobrecargas, mas também um efeito negativo, pois aumentando o tamanho de trinca onde a sobrecarga é aplicada e aumentando o número de ciclos de um bloco de sobrecargas, a intensidade do efeito de retardamento diminui ou desaparece. Esses resultados de fadiga são importantes para prever o comportamento real dos aços usados no setor ferroviário e para realizar um controle adequado de manutenção, evitando uma falha prematura e um consequente acidente catastrófico. Além disso, este estudo mostrou um melhor comportamento do aço comum, indicando que uma combinação adequada de uma composição química simples e um processamento termomecânico apropriado pode fornecer um aço que atenda as especificações padronizadas para aplicação em trilhos ferroviários sem a necessidade de adições de elementos microligantes que podem tornar o produto final mais caro.
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    Efeito da soldagem elétrica por centelhamento na microestrutura, propriedades mecânicas e resistência à fadiga de um aço para trilhos ferroviários – análise experimental e numérica.
    (2019) Porcaro, Rodrigo Rangel; Godefroid, Leonardo Barbosa; Cândido, Luiz Cláudio; Faria, Geraldo Lúcio de; Godefroid, Leonardo Barbosa; Goldenstein, Hélio; Modenesi, Paulo José; Faria, Geraldo Lúcio de
    As ferrovias são submetidas a condições operacionais que exigem cada vez mais dos materiais, uma vez que o volume de cargas, a velocidade das composições e o fluxo sobre os trilhos têm crescido para atender ao aumento de demanda por transportes. Para a construção das vias, se destaca o processo de soldagem elétrica por centelhamento (Flash Butt Welding - FBW), devido à maior facilidade para controle e obtenção de juntas com qualidade aceitável. No entanto, as alterações estruturais e mecânicas decorrentes dos ciclos térmicos do processo e a introdução de tensões residuais têm sido associadas a falhas prematuras por fadiga em juntas soldadas de trilhos de aços perlíticos. Apesar do problema de redução localizada de dureza ser bem conhecido na literatura, não há trabalhos que aplicam dilatometria para descrever a formação da Zona Termicamente Afetada (ZTA), tendo essa notável lacuna de conhecimento dificultado a evolução do processo FBW. Além disso, dois fatores têm sido descritos como chave para falhas por fadiga na região da alma: tensões residuais e a presença de concentradores de tensão devido ao mau acabamento superficial, não havendo trabalhos que quantifiquem ou comparem os efeitos na vida em fadiga do componente. Neste contexto, detalhada caracterização mecânica e estrutural foi realizada em aço para trilhos ferroviários soldado por centelhamento, juntamente com ensaios de dilatometria para descrever a evolução microestrutural de toda a ZTA e suas correlações com as propriedades. Medidas de tensões residuais superficiais foram obtidas e ensaios de fadiga foram realizados considerando os efeitos das alterações estruturais e de concentração de tensão, dados que alimentaram modelos numéricos pelo Método dos Elementos Finitos (MEF) para quantificar os efeitos destas variáveis de modo comparativo na vida em fadiga do componente real. Os resultados apresentados permitem compreender os mecanismos das alterações morfológicas da perlita em toda a ZTA em termos de transformações de fases e podem ser utilizados para sistematicamente orientar mudanças nos parâmetros do processo ou controlar a taxa de resfriamento de modo a obter melhores condições metalúrgicas/mecânicas. Os resultados de ensaios mecânicos, fadiga e simulações numéricas mostram que há grande potencial de melhoria no comportamento do componente a partir da adoção de medidas de baixo custo relativo, por exemplo, esmerilhamento de todo o perfil soldado, com quantificação relativa dos efeitos das variáveis sobre a vida do componente por fadiga. Os resultados de fadiga obtidos por simulação mostram ainda que o elevado nível de tensões residuais normais no sentido vertical na alma é o fator mais crítico do ponto de vista da vida do componente soldado.