Avaliação dos métodos da tensão estrutural e curva mestre para determinação da vida em fadiga de juntas soldadas

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2015
Autor(a) principal: Silveira, Júlio Azambuja da
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade de Passo Fundo
Engenharia
BR
UPF
Programa de Pós-Graduação em Projeto e Processos de Fabricação
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://repositorio.upf.br/handle/123456789/4074
Resumo: The understanding of fatigue process has been demonstrated to be a challenge in the field of mechanical design, being significantly influenced by several factors, including, manufacturing process. Studies have pointed out that fatigue strength of a welded structure is governed by fatigue strength of the welded joint. In general, this assessment is carried out considering the joint as falling into a standardized class, according to geometry and loading conditions. Fatigue assessment of welded joints differ in the stress parameter adopted and can be classified as global (using nominal stresses, i.e., ignoring local effects of the joints) and local (using structural stresses that consider local effects of the joints). Despite providing more accurate results, the local method is more complex, and numerical tools like the Finite Element Method (FEM) become essential to its application. Using FEM, Dong (2001) proposed a methodology that permits the use of less complex numerical models without loss in accuracy. Furthermore, modifying the stress parameter of the S-N diagram in order to obtain an equivalent structural stress, it becomes possible to summarize the fatigue behavior of several class of joints into a single space of probabilities, the so-called Master Curve (MC). This work study different numerical models using shell finite elements to estimate the fatigue life of two kinds of welded joints, with experimental results available in the literature,in order to evaluate the applicability and accuracy of the master curve. The results are compared with the ones obtained using other method called Structural Hot Spot Stress, showing that this method yields conservative results for the fatigue life when compared to the Dong s method. It is worth noting the applied load level influences in accuracy of both methods. Among the different modeling techniques used, only one provided results that are not in agreement with the others when using the Dong s method. When analyzing fully symmetrical joints, the numerical modeling technique should not influence significantly the mechanical behavior of the joint predicted by the finite element model.
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Studies have pointed out that fatigue strength of a welded structure is governed by fatigue strength of the welded joint. In general, this assessment is carried out considering the joint as falling into a standardized class, according to geometry and loading conditions. Fatigue assessment of welded joints differ in the stress parameter adopted and can be classified as global (using nominal stresses, i.e., ignoring local effects of the joints) and local (using structural stresses that consider local effects of the joints). Despite providing more accurate results, the local method is more complex, and numerical tools like the Finite Element Method (FEM) become essential to its application. Using FEM, Dong (2001) proposed a methodology that permits the use of less complex numerical models without loss in accuracy. Furthermore, modifying the stress parameter of the S-N diagram in order to obtain an equivalent structural stress, it becomes possible to summarize the fatigue behavior of several class of joints into a single space of probabilities, the so-called Master Curve (MC). This work study different numerical models using shell finite elements to estimate the fatigue life of two kinds of welded joints, with experimental results available in the literature,in order to evaluate the applicability and accuracy of the master curve. The results are compared with the ones obtained using other method called Structural Hot Spot Stress, showing that this method yields conservative results for the fatigue life when compared to the Dong s method. It is worth noting the applied load level influences in accuracy of both methods. Among the different modeling techniques used, only one provided results that are not in agreement with the others when using the Dong s method. When analyzing fully symmetrical joints, the numerical modeling technique should not influence significantly the mechanical behavior of the joint predicted by the finite element model.Há tempos o fenômeno da fadiga demonstra ser um desafio na área de projetos mecânicos, significativamente influenciado por uma série de fatores, dentre eles, o processo de fabricação. Estudos apontam que a resistência à fadiga de uma estrutura soldada pode ser resumida a resistência à fadiga de suas juntas soldadas. De maneira geral, essa avaliação se dará pelo enquadramento da junta em análise dentro de uma classe normatizada de acordo com geometria e condições de carregamento. Métodos de análise de vida à fadiga de junta soldada diferenciam-se de acordo com a tensão adotada como parâmetro, podendo classificarse em globais (tensão nominal de carregamento que desconsidera efeitos locais da junta) e locais (tensão estrutural que considera efeitos localizados da junta). Esse último, apesar de fornecer resultados mais precisos, é mais complexo e ferramentas numéricas, como o Método de Elementos Finitos (MEF), tornam-se fundamentais para a sua aplicação. Utilizando o MEF, Dong (2001) propôs uma nova metodologia que viabiliza a utilização de modelos numéricos de menor complexidade sem perda de acuracidade dos cálculos. Além disso, a partir da aplicação de fatores de correção do parâmetro de tensão do diagrama S-N, é possível reunir o comportamento à fadiga de várias classes de juntas dentro de um mesmo espaço de probabilidades, denominado Master Curve (MC). Este trabalho estuda diferentes modelos numéricos baseados em elementos finitos de casca para estimar a vida em fadiga de dois tipos de juntas soldadas, com resultados experimentais disponíveis na literatura, para avaliar a aplicabilidade do método e acuracidade da Master Curve na predição da vida em fadiga das mesmas. Os resultados são comparados com outro método denominado Structural Hot Spot Stress (SHSS) demonstrando um maior conservadorismo para a vida prevista por esse método em relação ao método de Dong. Cabe destacar, também, a influência dos níveis de carregamento na precisão de ambos os métodos. Dentre as diferentes técnicas de modelagem utilizadas, apenas uma mostrou resultados dispersos das demais para a metodologia de Dong, sendo que, na análise de juntas com geometria totalmente simétricas, a técnica de modelagem não deverá alterar significativamente o comportamento mecânico da junta carregada.Universidade de Passo FundoEngenhariaBRUPFPrograma de Pós-Graduação em Projeto e Processos de FabricaçãoMezzomo, Gustavo Prateshttp://lattes.cnpq.br/6281946601105872Silveira, Júlio Azambuja da2025-05-07T18:08:24Z2015-09-28info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfapplication/pdfSILVEIRA, Júlio Azambuja da. Evaluation of the structural stress and master curve methods for determination of fatigue life of welded joints. 2015. 154 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia) - Universidade de Passo Fundo, Passo Fundo, 2015.https://repositorio.upf.br/handle/123456789/4074porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UPFinstname:Universidade de Passo Fundo (UPF)instacron:UPF2025-10-23T12:29:22Zoai:repositorio.upf.br:123456789/4074Repositório InstitucionalPRIhttp://repositorio.upf.br/oai/requestjucelei@upf.br||biblio@upf.bropendoar:16102025-10-23T12:29:22Repositório Institucional da UPF - Universidade de Passo Fundo (UPF)false
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