Estudo da cinemática do ensaio de fratura pelo método da cunha com auxílio da técnica de correlação de imagens digitais
| Ano de defesa: | 2026 |
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| Tipo de documento: | Dissertação |
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Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos |
| Programa de Pós-Graduação: |
Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM
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| Link de acesso: | https://hdl.handle.net/20.500.14289/23664 |
Resumo: | Castable refractories are indispensable in the basic industry due to their ability to maintain physicochemical properties at high temperatures. Owing to the quasi-brittle nature of these materials, crack initiation and propagation over prolonged service times are inevitable, and improving their durability can be achieved through the development of compositions that maximize resistance to crack propagation. Fracture energy, directly related to this resistance, can be obtained by the Wedge Splitting Test (WST). The Digital Image Correlation (DIC) technique is frequently used with the WST, as it enables non-contact full-field displacement measurements on the specimen. In this work, the repeatability of fracture energy was investigated for seven nominally identical specimens, and the spurious contribution introduced when energy is determined exclusively from testing machine data was quantified. For three WSTs exhibiting the highest repeatability, the efficiency of the experimental setup in transferring work to the specimens, the kinematics of the Load Transfer System (LTS), and the fracture process on both analyzed faces were also investigated. Results showed that measurements based on the vertical actuator displacement systematically overestimate fracture energy by approximately 8.4% relative to CMOD (Crack Mouth Opening Displacement)-based measurements obtained via DIC, with the overall system efficiency stabilizing at 92-93% during the final loading stages. The kinematic analysis demonstrated that the loose-component LTS exhibits globally stable behavior, with negligible sliding at the contacts and roller motion asymmetries below 5% of the final CMOD. Crack propagation showed a two-stage behavior: spatial advance of the crack front followed by progressive crack opening in the post-peak regime. |
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Cardoso, Matheus William ParmezaniCanto, Rodrigo Brescianihttp://lattes.cnpq.br/1316268411830615Sciuti, Vinicius Fioccohttp://lattes.cnpq.br/0230261917656691http://lattes.cnpq.br/5847272027160205Morais, Mateus MotaLuz, Ana Paula dahttp://lattes.cnpq.br/5284457960648332http://lattes.cnpq.br/34703956412423742026-02-23T13:31:56Z2026-02-18CARDOSO, Matheus William Parmezani. Estudo da cinemática do ensaio de fratura pelo método da cunha com auxílio da técnica de correlação de imagens digitais. 2026. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2026. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/23664.https://hdl.handle.net/20.500.14289/23664Castable refractories are indispensable in the basic industry due to their ability to maintain physicochemical properties at high temperatures. Owing to the quasi-brittle nature of these materials, crack initiation and propagation over prolonged service times are inevitable, and improving their durability can be achieved through the development of compositions that maximize resistance to crack propagation. Fracture energy, directly related to this resistance, can be obtained by the Wedge Splitting Test (WST). The Digital Image Correlation (DIC) technique is frequently used with the WST, as it enables non-contact full-field displacement measurements on the specimen. In this work, the repeatability of fracture energy was investigated for seven nominally identical specimens, and the spurious contribution introduced when energy is determined exclusively from testing machine data was quantified. For three WSTs exhibiting the highest repeatability, the efficiency of the experimental setup in transferring work to the specimens, the kinematics of the Load Transfer System (LTS), and the fracture process on both analyzed faces were also investigated. Results showed that measurements based on the vertical actuator displacement systematically overestimate fracture energy by approximately 8.4% relative to CMOD (Crack Mouth Opening Displacement)-based measurements obtained via DIC, with the overall system efficiency stabilizing at 92-93% during the final loading stages. The kinematic analysis demonstrated that the loose-component LTS exhibits globally stable behavior, with negligible sliding at the contacts and roller motion asymmetries below 5% of the final CMOD. Crack propagation showed a two-stage behavior: spatial advance of the crack front followed by progressive crack opening in the post-peak regime.Concretos refratários são indispensáveis na indústria de base por manterem suas propriedades físico-químicas em altas temperaturas. Devido à natureza quase frágil desses materiais, o surgimento de trincas ao longo do tempo de uso é inevitável, e o aumento de sua durabilidade pode ser alcançado por meio do desenvolvimento de composições que maximizem a resistência à propagação de trincas. A energia de fratura, diretamente relacionada a essa resistência, pode ser obtida pelo Ensaio de Fratura pelo Método da Cunha (EFMC). A técnica de Correlação de Imagens Digitais (CID) é frequentemente utilizada em conjunto com o EFMC por possibilitar a medição de campos de deslocamento sem contato com o Corpo de Prova (CP). Neste trabalho, investigou-se a repetibilidade da energia de fratura para sete CPs nominalmente idênticos e calculou-se a parcela espúria introduzida quando a energia é determinada exclusivamente a partir dos dados da máquina de ensaios. Para três EFMCs com maior repetibilidade, investigou-se também a eficiência do aparato experimental na transferência de trabalho, a cinemática do Sistema de Transferência de Carga (STC) e o processo de fratura nas duas faces analisadas. Os resultados mostraram que medições baseadas no deslocamento vertical do travessão superestimam sistematicamente a energia de fratura em cerca de 8,4% em relação às medições via CMOD (deslocamento de abertura da boca da trinca, do inglês Crack Mouth Opening Displacement) obtidas por CID, com a eficiência global do sistema estabilizando-se em 92-93% nos estágios finais. A análise cinemática demonstrou que o STC de componentes soltos apresenta comportamento globalmente estável, com deslizamento desprezível e assimetrias de movimento dos roletes inferiores a 5% do CMOD final. A propagação de trinca evidenciou comportamento em dois estágios: avanço espacial da frente de trinca seguido de abertura progressiva pós-pico.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Processo: 88887.952523/2024-00porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEMUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOS9. Indústria, Inovação e InfraestruturaConcreto refratárioEnsaio de Fratura pelo Método da CunhaCorrelação de Imagens DigitaisCinemáticaEstudo da cinemática do ensaio de fratura pelo método da cunha com auxílio da técnica de correlação de imagens digitaisKinematic analysis of the wedge splitting test assisted by digital image correlationinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALMatheus William Parmezani Cardoso - Dissertação.pdfMatheus William Parmezani Cardoso - Dissertação.pdfapplication/pdf19834220https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/aeb46e3a-42bf-4dd1-bf05-c3d9eb8574ee/download3246e45977941f41500049bc3457e29fMD52trueAnonymousREADTEXTMatheus William Parmezani Cardoso - Dissertação.pdf.txtMatheus William Parmezani Cardoso - Dissertação.pdf.txtExtracted texttext/plain103390https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/b01bf68a-28d1-4eb0-b19b-14f0ae53817b/download9eedef3cb3414deb4f3f5c7a152aeeb1MD55falseAnonymousREADTHUMBNAILMatheus William Parmezani Cardoso - Dissertação.pdf.jpgMatheus William Parmezani Cardoso - Dissertação.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg4363https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/40cf734d-02bf-4d4e-aaf2-4857e38fccbc/downloadc639ab7d4f35812d9850da8a94b91e8eMD56falseAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8906https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/b4f2dc49-ff15-4b3d-a143-b4ea25d67fe7/downloadfba754f0467e45ac3862bc2533fb2736MD54falseAnonymousREAD20.500.14289/236642026-02-24T03:06:09.677186Zhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/23664https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222026-02-24T03:06:09Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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