Determinação dos Parâmetros Geométricos para Corpos de Prova Simulando Falhas por Fratura ou Ruptura

O presente trabalho é parte de uma pesquisa cujo objetivo é determinar o modo de falha de uma liga de alumínio 7075 T6 por meio de ensaios de tração modificados associados à simulação computacional, a partir da Mecânica da Fratura Clássica. Para o caso de um cilindro entalhado, fabricado com um material dúctil, como a liga em questão, a região de início da falha do corpo será controlada por dois fatores que atuam em conjunto, sendo o primeiro a razão entre a profundidade do entalhe e o raio da seção resistente, e o segundo o raio do entalhe. A fim de se determinar os valores limite para fabricação de um dado lote de corpos de prova, deve-se então proceder simulações empregando o Método de Elementos Finitos (MEF). Estas irão representar todos os raios a serem simulados, mais os limites superior e inferior desses, de forma a permitir que as pequenas imperfeições de fabricação sejam acomodadas pelos resultados. Partindo do raio estudado por Simão (2019), outros corpos cilíndricos contendo entalhes cujos raios encontram-se nas vizinhanças do raio ótimo estudado outrora, foram simulados via MEF, inicialmente sendo análise puramente elástica e depois elasto-plástica. A análise via MEF determinou as componentes de tensão de von Mises e as tensões principais atuantes na seção resistente, σ1, σ2 e σ3, para raios de 0.0375, 1.0, 3.0 e 5.0 mm. De posse dessa análise foi necessário determinar o Índice de Triaxialidade (η) atuante em cada ponto da seção analisada. Este índice é dado pela razão entre a tensão hidrostática média e a tensão de von Mises. Notou-se que η não é significativamente afetado pela presença de uma zona plástica na raiz do entalhe e que conforme o raio do entalhe aumenta, o pico de triaxialidade se desloca das proximidades do entalhe para o centro do cilindro. Sendo assim, o raio máximo tolerável para provocar uma falha por fratura, deve ser aquele que move o pico de triaxialidade o mais próximo possível da raiz do entalhe. Por outro lado, para se induzir uma falha por ruptura, foi necessário empregar no mínimo um raio que induzisse a ocorrência do valor máximo da triaxialidade no centro da peça. A partir dos valores de η máximos e seus raios de entalhe foi possível estabelecer uma razão entre ηmáximo e ηcentro. O emprego do método de “curve-fitting” permitiu uma curva que interpola os pontos de dados. Na situação limite, quando a razão entre os η tende à unidade, tem-se o valor do raio de entalhe mínimo necessário para que a falha ocorra no centro do cilindro. Dessa forma pôde-se entender que um lote de corpos de prova com raios do entalhe acima de cerca de 4.1 mm irá falhar por ruptura, a partir do centro do cilindro.