Fadiga, corrosão-fadiga e corrosão sob tensão em parafusos prisioneiros fabricados em aço inoxidável AISI 304 e o desenvolvimento de um software educacional para as 3 solicitações nestes materiais

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Nery, Macclarck Pessoa
Orientador(a): Martins, Carlos Otávio Damas
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Palavras-chave em Inglês:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: https://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/20747
Resumo: The thesis addresses three major loading conditions to which industrial equipment is subjected: fatigue, corrosion-fatigue, and stress corrosion cracking (SCC). When frequent assembly and disassembly are expected, bolts emerge as a solution. It is common for them to be subjected to fatigue due to cyclic external loads. When the application involves aggressive environments, such as coastal areas, oil platforms, and nuclear power plants, the AISI 304 austenitic stainless steel becomes one of the most popular choices due to its corrosion resistance, good mechanical properties, machinability, formability, and weldability. For stainless steels, higher mean stress reduces the alternating stress in the fatigue life; however, frequency has distinct effects. In corrosion-fatigue, the performance of these materials in chloride environments is deteriorated, and stress corrosion cracking is more common in seawater or chloride solutions. In particular, the study investigated such conditions on studs made of AISI 304 stainless steel and developed educational software about these for stainless steels in general. The objective was to identify and rank among the three requests which one is the most aggressive to the component. The results indicated a deleterious effect of mean stress on fatigue, the reduction in frequency produced an increase in the stress amplitude at the endurance limit of fatigue by up to 160%. The corrosion-fatigue tests conducted in chloride solution showed worse performance, with a reduction of up to 74.5% in stress level at N = 2x106 cycles. There were no SCC failures at room temperature in 278 hours even when exceeding the yield stress. In parallel, an educational software in JAVA was developed for the three themes with textual and infographic content, an endurance limit of fatigue calculator, and links to specific bibliographies. Finally, an usability analysis was conducted using the System Usability Scale among materials engineering and mechanical engineering students, achieving satisfactory rates.
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When the application involves aggressive environments, such as coastal areas, oil platforms, and nuclear power plants, the AISI 304 austenitic stainless steel becomes one of the most popular choices due to its corrosion resistance, good mechanical properties, machinability, formability, and weldability. For stainless steels, higher mean stress reduces the alternating stress in the fatigue life; however, frequency has distinct effects. In corrosion-fatigue, the performance of these materials in chloride environments is deteriorated, and stress corrosion cracking is more common in seawater or chloride solutions. In particular, the study investigated such conditions on studs made of AISI 304 stainless steel and developed educational software about these for stainless steels in general. The objective was to identify and rank among the three requests which one is the most aggressive to the component. The results indicated a deleterious effect of mean stress on fatigue, the reduction in frequency produced an increase in the stress amplitude at the endurance limit of fatigue by up to 160%. The corrosion-fatigue tests conducted in chloride solution showed worse performance, with a reduction of up to 74.5% in stress level at N = 2x106 cycles. There were no SCC failures at room temperature in 278 hours even when exceeding the yield stress. In parallel, an educational software in JAVA was developed for the three themes with textual and infographic content, an endurance limit of fatigue calculator, and links to specific bibliographies. Finally, an usability analysis was conducted using the System Usability Scale among materials engineering and mechanical engineering students, achieving satisfactory rates.A tese aborda três grandes temáticas de carregamento as quais equipamentos industriais estão sujeitos: fadiga, corrosão-fadiga e corrosão sob tensão. Quando a montagem e desmontagem frequente é esperada, os parafusos surgem como solução. É comum a eles serem solicitados por fadiga devido a cargas externas cíclicas. Quando a solicitação envolve ambiente agressivo, como zonas costeiras, plataformas de petróleo e usinas nucleares, o aço inoxidável austenítico AISI 304 surge como uma das escolhas mais populares devido à resistência à corrosão, boas propriedades mecânicas, usinabilidade, conformabilidade, soldabilidade. Para os aços inoxidáveis, uma maior tensão média reduz a amplitude de tensão, no entanto, a frequência apresenta efeitos distintos. Em corrosão-fadiga, a performance destes materiais em meio clorídrico é prejudicada e a corrosão sob tensão é mais comum em água do mar ou soluções de cloreto. Em particular, o estudo investigou tais solicitações sobre parafusos prisioneiros fabricados em aço inoxidável AISI 304 e desenvolveu-se um software educacional sobre essas para os aços inoxidáveis em geral. O objetivo foi identificar e ranquear dentre as três solicitações qual é a mais agressiva ao componente. Os resultados apontaram um efeito deletério da tensão média em fadiga, a redução da frequência produziu aumento da amplitude de tensão no limite à fadiga em até 160%. Os testes de corrosão-fadiga realizados em solução clorídrica indicaram uma pior performance, apresentando queda de até 74,5% no nível de tensão a N=2x106 ciclos. Não houve falhas de corrosão sob tensão em temperatura ambiente em 278 h mesmo excedendo a tensão de escoamento. Em paralelo, desenvolveu-se um software educacional em JAVA para as três temáticas com conteúdo textual e infográfico, calculadora do limite de fadiga e direcionamento para bibliografias específicas. Por fim, foi efetuada uma análise de usabilidade através do System Usability Scale entre estudantes de engenharia de materiais e engenharia mecânica obtendo índices satisfatórios.São CristóvãoporMetais (fadiga)Aço (corrosão)Aço inoxidávelParafusosSoftware educacionalFadigaCorrosão-fadigaCorrosão sob tensãoAISI 304Parafusos prisioneirosFatigueCorrosion-fatigueStress corrosion crackingStud boltsEducational softwareENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICAFadiga, corrosão-fadiga e corrosão sob tensão em parafusos prisioneiros fabricados em aço inoxidável AISI 304 e o desenvolvimento de um software educacional para as 3 solicitações nestes materiaisFatigue, corrosion-fatigue and stress corrosion cracking in fully-threaded stud bolts made in AISI 304 stainless steel and the development of educational software for the 3 requests in these materialsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisPós-Graduação em Ciência e Engenharia de MateriaisUniversidade Federal de Sergipe (UFS)reponame:Repositório Institucional da UFSinstname:Universidade Federal de Sergipe (UFS)instacron:UFSinfo:eu-repo/semantics/openAccessLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81475https://ri.ufs.br/jspui/bitstream/riufs/20747/1/license.txt098cbbf65c2c15e1fb2e49c5d306a44cMD51ORIGINALMACCLARCK_PESSOA_NERY.pdfMACCLARCK_PESSOA_NERY.pdfapplication/pdf5684390https://ri.ufs.br/jspui/bitstream/riufs/20747/2/MACCLARCK_PESSOA_NERY.pdffcd481038cb22a16a877cd1e303ca7b4MD52riufs/207472024-12-20 16:14:59.617oai:oai:ri.ufs.br:repo_01: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Repositório InstitucionalPUBhttps://ri.ufs.br/oai/requestrepositorio@academico.ufs.bropendoar:2024-12-20T19:14:59Repositório Institucional da UFS - Universidade Federal de Sergipe (UFS)false
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