BRPI0707080A2

BRPI0707080A2 - processo de caracterização da resistência à fadiga de uma peça

Info

Publication number: BRPI0707080A2
Application number: BRPI0707080-2A
Authority: BR
Inventors: Vivian Vergnes; Remy Chiragatti; Catherine Mabru; Christine Espinosa; Monchai Surarachai
Original assignee: Airbus France
Priority date: 2006-03-07
Filing date: 2007-03-06
Publication date: 2011-04-19
Also published as: CA2645216A1; FR2898410A1; RU2467306C2; US8082114B2; JP5149204B2; CN101395461A; US20090093976A1; CA2645216C; EP1991853A1; WO2007101939A1; FR2898410B1; RU2008139621A; JP2009529135A

Abstract

PROCESSO DE CARACTERIZAçãO DA RESISTêNCIA à FADIGA DE UMA PEçA. Um processo de caracterização da resistência à fadiga de uma peça a partir do seu estado de superfície comporta as seguintes etapas: levantamento dos dados geométricos que descrevem o perfil de superfície da zona da qual deve ser determinado a resistência à fadiga, aplicação destes dados a um modelo de cálculo de maneira a elaborar uma estimativa do campo das tensões mecânicas na dita zona da dita peça, e dedução, a partir desta estimativa do campo das tensões, de pelo menos uma grandeza característica da resistência à fadiga da peça.

Description

"PROCESSO DE CARACTERIZAÇÃO DA RESISTÊNCIA À FADIGA DEUMA PEÇA".

Campo da invenção

A invenção refere-se à caracterização da resistência àfadiga de uma peça a partir do seu estado de superfície.

Os danos causados pela fadiga são problemas práticos quese encontram em todos os tipos de peças submetidas a umespectro de carregamento cíclico. No entanto, osprocessos de fabricação de tais peças acarretamflutuações nas propriedades de superfície e, portanto, naresistência das peças à fadiga. De fato, sabe-se que oresistência à fadiga de peças mecânicas dependeespecialmente de sua superfície, onde podem aparecerprincípios de ruptura por fadiga.

A maioria dos estudos sobre a influência do estado desuperfície de uma peça sobre seu resistência à fadigaindica 3 parâmetros que podem caracterizá-la:

- um parâmetro geométrico,

- um parâmetro metalúrgico, e/ou

- um parâmetro mecânico.

Cada parâmetro age diferentemente conforme o material, demaneira que geralmente é possível designar um deles comoo mais representativo para um dado material.

Em alguns casos, por exemplo, a liga de alumínio paraaplicação aeronáutica principalmente visada aqui, ocritério mais representativo é o critério geométrico.

Este critério é ligado à forma do perfil de rugosidade desuperfície gerado pelo plano de usinagem. É então comum aaplicação de um modelo mecânico aos parâmetrosgeométricos assim identificados para estimar suainfluência sobre a resistência à fadiga.

Estado da técnica

Entre os estudos sobre a influência dos estados desuperfície sobre a resistência à fadiga, os que sereferem à influência da geometria utilizam modelosgeométricos que definem parâmetros de rugosidade. Estessão meios intermediários de descrição da superfície; defato, modelos mecânicos partem desta descriçãogeométrica, por estes parâmetros de rugosidade, paraestimar sua influência sobre a resistência à fadiga. Odiagrama da figura 1 esquematiza este procedimento.

1) Modelo geométrico

Os parâmetros de rugosidade são calculados pelo modelogeométrico, a partir de um perfil de superfície de acordocom os critérios físicos ou os critérios estatísticos(ver norma internacional. ISO 4287/1-1984 (E/F/R) (1984)).Esta etapa, geralmente, é efetuada por um rugosímetro.Entre os parâmetros de rugosidade, os mais usados paradeterminar o resistência à fadiga das peças são:- o desvio médio aritmético [Rugosidade média] (Ra), queé a superfície entre o perfil de rugosidade e sua linhamédia, ou a integral do valor absoluto da distância doperfil de rugosidade acima do comprimento de amostragem:

- o desvio total [Rugosidade total] (Rt), que é adistância vertical entre o ponto mais alto e o ponto maisbaixo do perfil de rugosidade no comprimento total deamostragem; e

- a profundidade média de aspereza [Rugosidade média](Rz) , que é o valor da média aritmética das alturassimples Rzi dos intervalos consecutivos de levantamento(o símbolo "i" designa os intervalos consecutivos queapresentam picos no perfil da superfície (ver figura 2)):

Rz = — (Rzl + Rz2 + . . . + Rzn)

2) Modelo mecânico

Parâmetros de rugosidade assim obtidos são utilizados pordiferentes modelos conhecidos para determinar aspropriedades mecânicas. Estes modelos podem ser divididosem duas categorias:

- modelos do fator de superfície (Ks), e

- modelos de influência da rugosidade sobre a resistênciaà fadiga.2.1) Modelizações do fator Ks

O fator Ks é definido como a relação entre o limite defadiga do corpo de prova dado com uma determinadarugosidade superficial e o limite de fadiga de um corpode prova padrão cujo estado de superfície é escolhidocomo referência.

<formula>formula see original document page 4</formula>

σD: limite de fadiga do corpo de prova cujo estado desuperfície é escolhido como referência; e

σDS: limite de fadiga do corpo de prova dado com umadeterminada rugosidade superficial.

Vários modelos foram propostos para definir o valor deKs, denominado "Fator de estado de superfície".

Stieler (1954), baseando-se na teoria de concentração dastensões sobre os defeitos geométricos, propôs uma fórmulado tipo:

<formula>formula see original document page 4</formula>

onde

C é um fator dependendo da usinagem; e

R é definido igual a 2 Rt/Sg

onde Sg representa a espessura máxima de materiais queintervém no processo de surgimento de uma fissura defadiga. Stieler mostrou que ela é da ordem de grandeza dadimensão dos grãos de materiais em um ensaio de flexãorotativa.

Niemann e Glaubitz (1952) modelizaram seus resultadosexperimentais obtidos em flexão plana com fórmulas dotipo:

<formula>formula see original document page 4</formula>

onde

Rts é a rugosidade do corpo de prova dado com umadeterminada rugosidade superficial;Rt é a rugosidade do corpo de prova de referência;

σD é o limite de fadiga do corpo de prova de referência;

aDS é o limite de fadiga do corpo de prova considerado; e

η é um coeficiente função do material.

Brand et al (CETIM, 1980) construíram um ábaco por ajustede um grande número de dados disponíveis, com retas deinclinação negativa dando Ks (o fator de estado desuperfície) em função da resistência à ruptura Rm, paradiversos valores do critério de rugosidade Rt.

2.2) Modelizações de influência da rugosidade sobre aresistência à fadiga

Duas aproximações são geralmente usadas para prever avida útil em fadiga em função da rugosidade:

- uma aproximação baseada no efeito de entalhe; e

- uma aproximação baseada na mecânica da ruptura.

2.2.1) Efeito de entalhe

A aproximação por efeito de entalhe recorre à definiçãoclássica do fator efetivo de concentração de tensões, Kf,que é a relação entre o limite de fadiga σϋ de um corpode prova liso e o limite de fadiga σϋ do corpo de provaentalhado. Este coeficiente Kf é geralmente inferior aocoeficiente teórico de concentração das tensões Kt.Autores como, especialmente, Neuber, 1957, Smith et al,1970, propuseram relações ligando Kf ao fator Kt. Paravalores de Kt pequenos, Peterson (1959) estabeleceu umarelação empírica definindo o fator Kf como segue:

Kt é o fator de concentração de tensão ί-

<formula>formula see original document page 5</formula>

onde

<formula>formula see original document page 5</formula>

α é uma constante ligada ao material; e

ρ é o raio de entalhe.Arola e Williams (2002) expressaram Kt em função dosparâmetros de rugosidade Ra, Rt e Rz e do raio médio ρ defundo de entalhe, e de um parâmetro η que é um fator quedepende do tipo de carregamento (n=l para carregamento emcisalhamento, e n=2 para carregamento em traçãouniforme):

<formula>formula see original document page 6</formula>

Este fator Kt é então usado para estabelecer uma relaçãoempírica definindo o fator Kf.2.2.2) Mecânica da ruptura

Considerando-se que a rugosidade da superfície formaentalhes que podem ser assimilados a fissuras, é possívelutilizar os resultados da mecânica da ruptura. 0resistência à fadiga é então caracterizado por AKth que éa variação do limite mínimo do fator de intensidade detensão. Kitagawa (1976) representou então a evoluçãodeste limite mínimo AKth em função do comprimento dafissura em um diagrama bi-logarítmico no qual sedistingue o limite de fadiga de referência (em um corpode prova polido) por uma reta horizontal, en seguida poruma curva limite que aparece como uma reta de inclinação-1/2. A transição entre estas retas define uma zona emque os dados experimentais afastam-se das curvasteóricas.

Taylor e Clancy (1991) compararam estas curvas aocritério de rugosidade Rmax, e as previsões efetuadas porestas duas aproximações aos resultados experimentais.Concluíram que, para rugosidades baixas, a aproximaçãopela mecânica da ruptura é conveniente. Ao passo que,para rugosidades elevadas, a aproximação baseada noefeito de entalhe tem melhores resultados. 0 valor deRmax. correspondente à interseção destas duas curvasteóricas pode fornecer o limite de validade da previsãobaseada na mecânica da ruptura, que se torna muitoconservadora além desse ponto. Em todos os casos, Rmaxlhes parece ser o critério de superfície maissignificativo. De fato, este critério apresenta demaneira satisfatória, seja a profundidade do maiorentalhe (efeito de entalhe), seja o maior comprimento dafissura (mecânica da ruptura).

Andrews e Sehitoglu (2000) interessaram-se à propagaçãode fissura e aos fatores de concentração de tensõespresentes, fazendo uma distinção conforme as fissuras sãoconsideradas curtas ou longas. Em seguida, propuseram umaexpressão das concentrações de tensões levando em contaum relaxamento das concentrações de tensões quando osentalhes estão lado a lado.

2.3) Comentários

Na prática, o resistência à fadiga das peças pode serinfluenciado, entre outros, pelo perfil geométrico dasuperfície. Os acidentes de forma deste perfilinfluenciam o surgimento ou a propagação das fissuras defadiga. Todavia, os modelos que os levam em conta nãopartem da forma real destes acidentes, mas de descriçõesgeométricas simplificadas das medidas perfilométricas. Osparâmetros provenientes destas descrições são numerosos,porém nenhum deles permite assegurar, para todos os tiposde acidentes, uma pertinência do modelo mecânico que outiliza. Às vezes é pertinente utilizar um deles, outrasvezes utiliza-se o outro, e apenas a experiência permiteescolher a posteriori. Portanto, isto não permite umacaracterização da resistência à fadiga sem ter efetuadoensaios prévios.

A invenção tem por objeto um novo processo decaracterização da resistência à fadiga de uma peça emfunção de seu estado de superfície, permitindodesconsiderar qualquer descrição puramente geométricadeste perfil (pelos parâmetros clássicos tais como oscoeficientes de rugosidade Ra, Rt, Rz, etc.) para seinteressar por uma descrição mecânica da peça em relaçãomais direta com o resistência à fadiga da peçaconsiderada.

Descrição da invençãoDe acordo com um aspecto da invenção, parte-se de umadigitalização do perfil de superfície 2D ou 3D obtidopelos rugosímetros atuais, para calcular diretamente asmodificações do campo das tensões locais geradas nasuperfície por este perfil. Trata-se, portanto, deestabelecer uma cadeia de medida de um critério mecânicoassociado à geometria de uma superfície para qualificá-laem fadiga.

A invenção propõe assim um processo de caracterização daresistência à fadiga de uma peça a partir do seu estadode superfície, compreendendo as seguintes etapas:

* levantamento dos dados geométricos que descrevem operfil de superfície da zona da qual deve ser determinadoa resistência à fadiga;

* aplicação destes dados a um modelo de cálculo demaneira a elaborar uma estimativa do campo das tensõesmecânicas na dita zona da dita peça; e

* dedução, a partir desta estimativa do campo dastensões, de pelo menos uma grandeza característica daresistência à fadiga da peça.

Deve se notar que, uma vez que há uma estimativa diretado campo das tensões a partir do perfil de superfíciecapturado, sem passar pela determinação de coeficientesgeométricos, tais como os coeficientes de rugosidade,pode-se chegar a uma estimativa do comportamento,levando-se em conta o fato que eventuais acidentes nãoserão neutralizados por um modelo geométrico qualquer.

De acordo com características vantajosas da invenção,eventualmente combinadas:

- a etapa de determinação (ou de levantamento) dos dadosque caracterizam o perfil de superfície da zonacompreende uma sub-etapa de medida do perfil geométricodesta zona, na prática por qualquer aparelho comapalpador conhecido; todavia, pode-se considerar utilizaroutras técnicas, especialmente puramente óticas,elétricas, sonoras ou térmicas;

- a etapa de levantamento/determinação dos dados quecaracterizam este perfil compreende uma sub-etapa deamostragem, o que permite reduzir o tamanho da memória dearmazenamento necessária, sem, todavia, correr o risco deneutralizar completamente acidentes da superfície; demaneira preferida, esta sub-etapa de amostragem éconcebida de maneira a reduzir de pelo menos um fator 10o número de dados que caracterizam o perfil desuperfície; todavia, a ausência de amostragem pode serconsiderada se os meios de cálculo o permitirem;

- a etapa de determinação dos dados que caracterizam esteperfil compreende uma sub-etapa de filtração, porexemplo, para retirar o efeito da inclinação ou dageometria da peça (por exemplo, para uma peça cilíndrica,a curvatura ligada ao seu diâmetro);

- a etapa de determinação dos dados que caracterizam esteperfil compreende uma sub-etapa de ajuste em função domodelo de cálculo, o que pode garantir o respeito doformato imposto pelo modelo de cálculo;

- o modelo de cálculo ao qual são aplicados os dados é ummodelo de cálculo por elementos finitos ou suas variantes(X-FEM, BARSOOM, etc.), o que corresponde a umaferramenta de cálculo bem dominada; contudo, podem serconsiderados outros modelos de cálculo, tais comoespecialmente os outros métodos numéricos como os modelosnuméricos de partículas, as diferenças finitas ouespectrais ou os métodos integrais;

- o modelo de cálculo integra uma espessura da peça; demaneira vantajosa, esta espessura é de pelo menos 0,5 mm,de preferência pelo menos 1 mm, sob a superfície da ditazona, o que se mostrou totalmente suficiente para estimarcorretamente o campo de tensões, quaisquer que sejam osperfis das superfícies estudadas; contudo, esta espessurapode ser otimizada caso a caso, conforme o estado daarte ;

- o modelo de cálculo determina, para cada elemento decálculo (elemento finito, ou elemento numérico do modeloutilizado, etc.) valores de tensões segundo dois ou trêseixos principais da dita zona, o que permite uma melhorestimativa do campo de tensão do que com apenas um eixo;

- o modelo é apenas aplicado a pelo menos uma distâncianão nula das bordas da zona da peça, por exemplo, a pelomenos 1 mm destas bordas, de maneira a evitar os efeitosde borda (a menos de poder integrar estes efeitos nomodelo de cálculo); e

- a grandeza característica da resistência à fadiga é umcoeficiente de concentração das tensões máximas, o quecorresponde ao que dão as cadeias de medida atuaisutilizando simultaneamente um modelo geométrico e ummodelo mecânico; outras grandezas como a repartição dastensões na espessura poder ser facilmente obtidas apartir do modelo numérico utilizado na invenção.

Objetos, características e vantagens da invençãoressaltarão da descrição a seguir, dada a título deexemplo ilustrativo não limitativo, em referência aosdesenhos anexos, nos quais:

A figura 1 é um diagrama esquematizando as etapas dacaracterização da resistência à fadiga de uma peça apartir do seu perfil de superfície;

A figura 2 é um esquema mostrando o coeficiente derugo s i dade R ζ;

A figura 3 é um diagrama esquematizando as etapas doprocesso de acordo com a invenção, relativamente aoformalismo utilizado na figura 1;

A figura 4 é um esquema de execução de um modo derealização do processo da invenção;

A figura 5 é um esquema de uma primeira etapa de execuçãodeste processo;

A figura 6 é um gráfico mostrando o perfil de um corpo deprova usinado, com um comprimento de 17,5 mm;

A figura 7 é um esquema de uma segunda etapa de execuçãodo processo;

A figura 8 é um gráfico mostrando o perfil capturado bemcomo o perfil modificado;

A figura 9 é um esquema de uma terceira etapa de execuçãodo processo;

A figura 10 é um gráfico mostrando o perfil modificadobem como um detalhe do mesmo;

A figura 11 é um gráfico mostrando este perfil modificadobem como este detalhe decomposto em elementos finitos;

A figura 12 é um esquema de uma quarta etapa de execuçãodo processo;

A figura 13 é um gráfico representando o campo de tensõeslocais;

A figura 14 é um esquema de uma quinta etapa de execuçãodo processo;

A figura 15 é um gráfico mostrando a curva de Wohlerobtida para diversos corpos de prova; e

A figura 16 é um gráfico mostrando a curva de Wohlerobtida para os mesmos corpos de prova após correção com ocoeficiente de tensão determinado pelo coeficiente obtidono final da quinta etapa.

De acordo com a invenção, utiliza-se uma medidaperfilométrica em um modelo mecânico, sem passar por umamodelização geométrica intermediária do perfil implicandoa determinação de coeficientes de rugosidade. Esta cadeiade medida é esquematizada na figura 3: o modelo mecânicoutiliza diretamente o levantamento do perfil em um modelomecânico, de maneira a determinar um ou mais parâmetrosmecânicos, tais como coeficientes de concentração detensões.

0 procedimento desta cadeia de medida é representado nafigura 4, com as seguintes etapas:

etapa de captura do perfil da superfície, pordeterminação (ou levantamento) de dados que caracterizamo perfil de superfície de uma zona escolhida da peçaconsiderada;

- eventual etapa de processamento do perfil (en algunscasos, pode ser integrada à captura dos dados do perfilde superfície), integração do perfil eventualmenteprocessado em um modelo de cálculo, o que se resume aaplicar os dados a um modelo de cálculo;- execução do modelo de cálculo, de maneira a estimar ocampo de tensões mecânicas na zona cujo perfil desuperfície foi capturado; e

- processamento dos resultados do cálculo, de maneira adeduzir desta estimativa do campo de tensões pelo menosuma grandeza característica deste campo (por exemplo, Kt)e, portanto, da resistência à fadiga da peça considerada.Estas diversas etapas podem se resumir como segue.

Etapa 1: Captura do perfil

O estado geométrico da superfície é medido nesta etapa(ver figura 5). Ele é determinado por uma máquinamedidora (de contato ou ótica) de qualquer tipoapropriado conhecido, tal como um aparelho com apalpadorconforme a norma NF-IS032 74 de junho de 1977, emaplicação das disposições da norma ISO-4287/l 1984 (E/FR)1984 já citada acima.

O perfil obtido, a saber, seja o perfil total (perfildireto ou bruto), seja o perfil primário (na prática,após a eliminação da forma nominal da zona de peçaanalisada, e eventual aplicação de um filtro passa baixa)é registrado digitalmente e em seguida utilizado nacadeia de medida proposta.

A figura 6 mostra a título de exemplo o perfil desuperfície de um corpo de prova usinado capturado por umrugosímetro to tipo nMahr Perthometer - PKG 120".

Um comprimento de amostragem de 17,50 mm foi escolhidocomo comprimento de referência para todas as gamas desuperfície no exemplo considerado. 0 perfil obtido semfiltro (perfil total ou direto) foi armazenado em formatoASCII por meio de uma função disponível proposta por esterugosímetro. Este perfil é composto pelo desvio de forma,a ondulação, a rugosidade periódica ou pseudo-periódica(estrias e sulcos) e a rugosidade aperiódica(arrancamentos, marcas de ferramentas e fendas,perfurações, etc.).

Etapa 2: Processamento do perfil

O perfil obtido na primeira etapa, em seguida, de maneiravantajosa, é amostrado, modificado e ajustado (ver figura7). A amostragem tem a vantagem de reduzir o tamanho damemória requerida e o tempo de cálculo. Vários métodos deamostragem são possíveis, por exemplo, com uma freqüênciafixa, com um valor médio de vizinhança, etc. 0 perfilpode ser modificado por meio de diferentes filtros pararetirar parâmetros indesejáveis, como a inclinação. Umeventual ajuste do resultado pode se revelar necessáriopara poder integrar este perfil no modelo de cálculoposterior.

A figura 8 representa, em uma escala bem menor que nafigura 6, um detalhe do perfil capturado durante aprimeira etapa, bem como este mesmo perfil após oprocessamento. No exemplo considerado aqui, a etapa deprocessamento é realizada por um programa de cálculo. 0método de amostragem é efetuado com uma freqüência fixaescolhida para diminuir o número de pontos, da ordem de11.000 pontos para cerca de 550 pontos, sem nenhuma outramodificação. Em seguida, as alturas do perfil foramajustadas por eliminação da média do perfil e do desvioaritmético do perfil. 0 primeiro ponto e/ou o últimoponto foram impostos pelo respeito da condição de haveruma altura igual a zero, com um passo equivalente àfreqüência de amostragem.

0 programa utilizado nesta etapa foi o programa SCILAB.Foram realizadas linhas de comando, apresentadas no anexoA. Pode-se notar, no exame da figura 8, que o perfilobtido é ajuâtado e que algumas rugosidades periódicas oupseudo-periódicas e rugosidades aperiódicas desapareceramdevido à amostragem.

Etapa 3: Integração do perfil em um modelo de cálculo,aqui um modelo de cálculo por elementos finitos

0 perfil modificado é então integrado em um modelo decálculo destinado a determinar o campo de tensões (verfigura 9). Trata-se vantajosamente de um modelo decálculo por elementos finitos. A integração é diferenteconforme o programa escolhido. A geometria, as condiçõesnos limites e as hipóteses são fixadas apropriadamente demaneira a poder calcular o campo das tensões.A passagem do perfil processado (figura 10) àdecomposição em. elementos finitos (figura 11) foirealizada neste caso por meio do programa de cálculoSAMCEF-Asef. Este necessita de um banco de dados deentrada com um formato específico gerado por um editor detexto.

No exemplo considerado aqui, foi levada em conta umaespessura de 5 mm, impondo um plano de simetria, o quecorresponde a uma espessura equivalente de 10 mm nomodelo (de ambos os lados da linha segundo a qual operfil foi capturado). 0 cálculo foi simplificado pelahipótese de um comportamento elástico linear e decondições nos limites representando carregamentosdistribuídos uniformemente. Os tamanhos e o número dasmalhas foram limitados pela zona de memória disponível eo tempo de cálculo requeridos. Para facilitar o trabalhonesta etapa, foram realizadas linhas de comando doprograma SCILAB para gerar o arquivo de cálculo (banco dedados) a partir do perfil processado; elas sãoapresentadas no anexo B.

Etapa 4: Cálculo do campo de tensões, aqui por elementosfinitos

Esta etapa (ver figura 12) é realizada por um programa decálculo por elementos finitos. São considerados um oumais parâmetros para representar o campo das tensõesassim obtido.

A figura 13 representa o resultado obtido pela execução

do programa de cálculo por elementos finitos SAMCEFmódulo Asef escolhido (ver etapa 3) para calcular o campodas tensões. Foi mantido apenas o grupo dos resultadosentre a distância 1 mm e a distância 16,5 mm, paraeliminar o efeito de borda (nos trechos 0-1 mm e 16,5-17,5 mm), com uma profundidade de 1 mm. Os dados foramarmazenados para serem processados na etapa seguinte.Dois resultados (as tensões nos eixos principais e ascoordenadas do elemento finito considerado) foramarmazenados com comandos de pós-processamento ("post-process") no banco de dados.

Etapa 5: Processamento dos resultados

Podem ser aplicados aqui diversos processamentos aosdados provenientes da etapa de cálculo do campo detensões, com o fim de deduzir da estimativa do campo detensões pelo menos uma grandeza característica daresistência a fadiga da peça considerada (pelo menos nazona estudada), tais como coeficientes de concentração detensão.

A título de exemplo, as tensões do campo estimado naetapa 4 são divididas pela tensão nominal, de maneira acalcular os coeficientes de concentração de tensõesclássicos. Podem então ser calculados um ou maisparâmetros característicos da influência do estadogeométrico sobre o resistência à fadiga a partir destescoeficientes.

A título de exemplo, são calculados os coeficientes deconcentração das tensões máximos.

Um exemplo de utilização dos resultados obtidos éapresentado nas figuras 15 e 16: resultados de ensaios àfadiga, representados pela curva de Wohler da figura 15foram corrigidos pelos fatores de concentração Kt dastensões máximas obtidas (ver figura 16) . Observa-se,comparando as figuras 15 e 16, que os desvios entre osdiferentes estados de superfície são largamente atenuadospela correção (multiplicação) pelos Kt medidos.

Estabelece-se assim que a cadeia de medida proposta écapaz de fornecer indicadores de qualidade dos estados desuperfície das peças que serão submetidas a umcarregamento mecânico. Esta cadeia de medida tem avantagem de não passar por parâmetros geométricos e,portanto, de não necessitar de conhecimento a priori dainfluência de um tipo de acidente específico sobre a vidaútil da peça.Anexo A: Linhas de comando Scilab para efetuar os passosda etapa 2.//Scilab

//Etapa 2 - Amostragem e Modificação do perfil// a partir de um perfil medido por

Mahr-GKl2 0 (rugosimetria) //01 de junhode 2005

clear

rugofile ='perfil direto.TXT';

sample=550; //Número de amostras aproximativo do perfil[fr, er] =mopen (rugofile, 'r') ;if (er==0) then

//Importar o arquivo de perfilmprintg'Importer '%s'\n',rugofile)rugo=tlist ( [' Point' ,mfscanf(fr, '%s %s %s 1 )]) ;ind=0 ;

err = meof(fr);while err=0,

l=mfscanf(fr,'%f %c');

if 1(1) = [ ]

then break,end;

ind = ind+1;

resi = 0;

pwr= 1;

r = mf scanf (fr,'%c') ;

while (r o code2str(-40))&(r o

code2str(110)),

resi = resi + str2code(r)/(10**pwr);pwr = pwr+1;

r = mfscanf(fr, '%c'); end,

rugo(2) (ind) =1(1) +resi;

mfscanf(fr,'%c');if (r= 1 -' ) then

dir = -1;

l=mfscanf(fr,'%f %c ' ) ;

else

dir = 1;1 = 0;

while (r o 1,1),

l=l*10+str2code(r);

r = mfscanf(fr, 1%c') ;

end,

end,resi = 0;pwr= 1 ;

r = mfscanf(fr,'%c');

while (r <> code2str(-40))&(r <>

code2str(110)),

resi = resi + str2code(r)/(10**pwr);pwr = pwr+1;r =

mfscanf(fr,'%c'); end,

mgo(4) (ind) =dir*(1(1) +resi) ;err=meof(fr);

end;mclose(fr);

//Amostragemj=i;

sample round(ind/sample);for i =1:ind

if

modulo(i,sampie) _= 0then

profil(j,1)j +1 ;

profila,2)=rugo(2) (i) ;profil (j,3) =rugo(4) (i) ;i =i+l;

end,

end;

//Modificar o perfilmoyenne = mean(profil(:,3));arith = mad(profil(:,3));

profil ( : ,3)=profil(:,3 )-(moyenne+arith);prof il (j , 1) j+1;profil(j,2)rofil(j-1,2) + (profil (j-1,2)-profil (j-2,2) ) ; profil(j,3) =0;

save(1pro fil. dat1,profil);

end;Anexo Β: Linhas de comando Scilab para efetuar os passosda etapa 3.//Scilab

//Etapa 3 - Gerar bankfile de cálculopor Elementos Finitos (Samcef-asef) //Ol de junho de 2 0 05

clear

bankfile=1essai.dat'; dquote

ascii(34);

fd=mopen(1bankfile,'w') ;Ioad(1profil.dat') ;

// Gerar Bank Ficher para cálculo porSamcef(Asef)

Prealable

mfprintf(fd, 1 \ ! ************************************************* \n...

\!* Modele EFM-2D * \n. . .

\!* Obj:Calcular a concentração da tensão*\n. . .

\ !* Material:Alumínio-elástico \n\!* Model:Superfície medida * \n\!* Hvpótese:Deformação plana* \n

\1* Mailha: Direta transfinita \n

*

\ I *********************************

****************\n... \! * Autor:

* ~ ·

\!* Ie %s * \n···

\ι *************************************************\n.\i *************************************************\n'7 date())// Abreviação das variáveismfprintgfd,'.dei.* \n...\n. . .\! \n...

\! Abreviação dos parâmetros \n...

í \! \n...

\! Geometria geral \n... \!

ABRE 5000 ' \t\

ABRE ' 1000 ' \t\

ABRE 'Wmf ' 500 1 \t\

•%0.2f \t\

ABRE 1\\lm1\! \n...

EsDessura $um$ \n...Superfície lisa (um) \n...Espessura da zona malha finaComprimento do perfil \n...

\! Característica do Material \n...

ABRE '\\E_alu. '70000' \! Modulas de Youngde alumínio $N/mm;MPa$ \n... ABRE'\\poi_alu"0.33' \! Coefficient du poisons\n. . .\! \n...

\! Número de elementos \n...

\ ! ------------------\n. . .

ABRE 1\\NE_surf '500' \t \! No perfil\n. . .ABRE

'\\NE_sec2"(\\sec2:(\\lm:\\NE_surf))'\t \! Superfície lisa \n... ABRE1\\NE_finY"(\\mf_y:(\\lm:\\NE_surf))'\t \! Zona malha fina \n... ABRE '\\NEgroY"«\\epa i s-\\mf

y):\(\\lm:\\NE_surf))' \n',perfil(j,2))Geometria

mfprintf(fd, '\! \n. . .\! A. Geometria\n...\!

n... \! A.1. 2D-Geometria\n...\!

\

η... .Ponto \n...\! Coordenadas do perfil \n')mfprintf(fd,'\n')mfprintf(fd,1I %4i \t X%9.2f \t Y %9.4f \n',1,0,0)mfprintf(fd,1I %4i \t X%9.2 f \t Y %9.4 f

\n',perfil) mfprintf(fd,'\!\n. . .

.Spline \n...I 1 Ponto 1 a %i \n. . .\n. . .

. Ponto \n...i 8 0 0 1x0 y - ( f _Y) \n. . .

i 8002 Rx 0 y -(\\epais) \n. ..i 8003 χ -(\\sec2) y0\n...i 8004 Rx 0 y - (\f _y) \n...i 8005 Rx 0 y -(\\epais) \n...i 8007 χ (\\lm) y - ( f _y) \n...i 8008 Rx 0 y -(Wepais) \n. . . i8009 χ (\\lm+\\sec2)y 0 \n...

i 8 01ORx 0 y - ( f _y) \n. . .i 8 01IRx 0 y -(\\epais) \n...\n. . .

.DROIT \n...i 103 Ponto 1 8001 8002 \n...i 105 Ponto %i8007 8008 \n...ϊ 107 Ponto 8003a 8005 \n... i109 Ponto 8009 a8011 \n... illlPonto 8003l\n. . .i 112 Ponto %i 8009 \n. . .i 113 Ponto 8005 8002 8008 8011 \n...\! Linha de carregamento \n...

i 121 Ponto 8003 8005 \! A esquerda \n...i 122 Ponto 8009 8011 \! A direita \n...i 123 Ponto 8005 8011 \! Abaixo \n',j+1,j+1,j+1)// Malha

mfprintf(fd,'\ϊ \n...\! \n...

\! A.2. Malha \n. . .\!

-----------------------\

n... .CONTORNO \n...

i 1 Linha 105 106 114 104 103 1 \n...

i 2 Linha 103 104 113 108 107 111 \n...

i 3 Linha 105 106 115 110 109 112 \n...\n. . ..Domaine Auto \n...\n. . .

.GEN \n...

\!Malha na horizontal (eixo X) \n...modifica Linha 111 113 \t Element (\\NE_sec2:3)distribute 3 6 \n...

modifica Linha 112 115 \t Element (\\NE sec2:3)distribute 2 6 \n..,

modifica Linha 1 \t Element (\\NE_surf) \n...modifica Linha 114 \t Element (\\NE_surf) \n..,\! Malha na vertical (eixo Y) \n...modifica Linha 107 103 105 109 \t Element (\\NE_finY)\n. . .

modifica Linha 108 104 106 110 \t Element (\\NE_groY:3)distribute 2 6 \n...\n. . .\!Malhaautomática\n... deg 1\n. . .

cl 1 c2 105 106 c3 114 c4 104 103 \n...malha 1 transfinita \n. . .

c 1 111 c2 103 104 c3 113 c4 108 107 \n...malha 2 transfinita \n...

cl 112 c2 109 110 c3 115 c4 106 105 \n. . .malha 3transfinita\n... \n...\! \n. . ..

\! A.3. Mesh modificações \n...

---------------------\n. . .

\n1)

// Hipótese e Grupo seleção

mfprintf(fd,'\í \n...

\! B. Hipótese e Material \n...

\!-- _

\n. . .

.MAT \n...I 1 Nom 'Alu elastic' \n. . .Beha %cElastic%c \n. . .Yt (\\E_Alu) \n...Nt (\\Poi_Alu) \n. . .\n. . .

.AEL \n...

ATTRIBUT 1 a 3 MAT 1 \n. . .\n. . .

.hyp DEFO PLAN \n. . .\n. . .\!Selection de groupes \n...

.SEL \n...\n. . .

Groupe 1 noeuds nom %cResultat_zone%c \n..BOITE STRUCTURE $ \n...

XI (1000) XS (Wlm-1000) $ \n...YI (100) YS (-1000) $ \n...ZI -(1) ZS (1) \n. . .\n1,dquote,dquote,dquote,dquote)

/1 Condições nos Limites

mfprintf(fd, '\I \n. . .

\! C. Condições limites \n...

.CLM \n...\n...

\! caso de carga 1 'tração \n...cha Ligne 122 con 100 compo 1 ne 1 \n...Fix Ligne 121 compo 1 \n...Fix Ligne 123 compo 2 4 6 \n...\n. . .

\! Dados gerais \n...

\! ------\n. . .

.sam nop5 1 nop6 1 \n....fml\n')

// Post-processing mfprintf(fd,1\!=

. Post & \n . . ..Del.* \n....doe db %cessai%c \n...Assign FAC %cessai_as%c \n....des \n...Disc -1 \n...

mode trace = %cresult.txt%c \n...

code 1411 comp 1 \n...

groupe 2 \n...

Iist \n...

mode trace 0 \n...

mode trace = %cnoeuds.txt%c \n...

.noe charge groupe 2 \n...

Iist \n...

mode

trace 0

\n. . .

. stop

\n-..., dquote,dquote,dquote,dquote,dquote,dquote,dquote,dquote)

mclose(fd);mprintf(1Exporter ' %s' \n',bankfile)

Claims

1. Processo de caracterização da resistência à fadiga deuma peça, a partir do seu estado de superfície,caracterizado pelo fato de compreender as seguintesetapas:* levantamento dos dados geométricos que descrevem operfil de superfície da zona da qual deve ser determinadoa resistência à fadiga;* aplicação destes dados a um modelo de cálculo demaneira a elaborar uma estimativa do campo das tensõesmecânicas na dita zona da dita peça; e* dedução, a partir desta estimativa do campo dastensões, de pelo menos uma grandeza característica daresistência à fadiga da peça.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de a etapa de levantamento dosdados que caracterizam o perfil de superfície da zonacompreender uma sub-etapa de medida do perfil geométricodesta zona.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de a etapa de levantamento dosdados que caracterizam este perfil compreender uma sub-etapa de amostragem.

4. Processo, de acordo com a reivindicação 3,caracterizado pelo fato de a sub-etapa de amostragem serconcebida de maneira a reduzir de pelo menos um fator 10o número de dados que caracterizam o perfil desuperfície.

5. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 2 a 4, caracterizado pelo fato de aetapa de levantamento dos dados que caracterizam esteperfil compreender uma sub-etapa de filtração.

6. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 2 a 5, caracterizado pelo fato de aetapa de levantamento dos dados que caracterizam esteperfil compreender uma sub-etapa de ajuste em função domodelo de cálculo.

7. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 1 a 6, caracterizado pelo fato de omodelo de cálculo ao são aplicados os dados ser um modelode cálculo por elementos finitos.

8. Processo, de acordo com a reivindicação 7,caracterizado pelo fato de o modelo de cálculo integraruma espessura da peça de pelo menos 0,5 mm sob asuperfície da dita zona.

9. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 1 a 8, caracterizado pelo fato de omodelo de cálculo determinar, para cada elemento decálculo, valores de tensões segundo pelo menos dois eixosprincipais da dita zona.

10. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 1 a 9, caracterizado pelo fato de omodelo ser aplicado apenas a uma distância não nula dasbordas da zona da peça.

11. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 1 a 10, caracterizado pelo fato de agrandeza característica da resistência à fadiga ser ocoeficiente de concentração de tensões máximo.