Os materiais estudados nas modelagens respondem a alguns dos estudados nas pesquisas apresentadas pelo grupo ao longo dos últimos anos, com destaque aos estudos das ligas de alumínio de grau aeronáutico. Destaquem-se neste sentido as pesquisas: Ruchert, 2007; Maciel 2013, Pascoal Jr, 2014 e Chemin, 2017. Estas serviram como base de resultados experimentais para a aproximação e estudo numérico.
3.1.1 Liga 2050 T84
Esta liga faz parte da terceira geração de ligas de alumínio lítio, e foi desenvolvida para aplicações militares e aeroespaciais e, comparada a outras gerações, apresenta alta resistência a solicitações estáticas e tolerância ao dano (FENDONI, 2009). Uma das ligas usada nas simulações consiste na liga de alumínio-lítio-cobre AA 2050 cujo tratamento térmico foi na condição T84. Sua composição segundo Maciel (2013) atende a norma AMS 4413, conforme se observa na Tabela 3.1.
Tabela 3-1 Composição química da liga 2050 T84
Li Cu Mg Mn Zr Ag Si Ti Cr Fe Ni Zn Pb Al
Recomendações SAE AMS 4413
max 1,3 3,9 0,6 0,5 0,14 0,7 0,08 0,1 0,05 0,01 0,05 0,025 - Base
min 0,7 3,2 0,2 0,2 0,06 0,2 - - - Base
Valores Experimentais AA 2050 T84
% 0,87 3,54 0,31 0,37 0,08 0,37 0,03 0,03 20* 0,06 30* 0,02 <1* Base
Fonte: Maciel (2013).
No tocante as propriedades mecânicas, Maciel (2013) obtiveram os resultados apresentados na Tabela 3.2. Esta liga é caracterizada pelos melhoramentos de resistência à
tração, tenacidade à fratura, resistência ao crescimento de trinca por fadiga, excelente resistência a corrosão sob tensão (HAFLEY, 2011). A Figura 3-1 apresenta a microestrutura da referida liga, bem como a Figura 3-2, mostra a curva de propagação da/dN x ΔK.
Tabela 3-2 Propriedades Mecânicas da liga 2050 T84
σU (MPa) σy (MPa) E (GPa) KIC (MPa√m) LT KIC (MPa√m) TL
511,00 472,00 75,00 41,90 32,50
Fonte: Maciel (2013).
Figura 3-1 Microestrutura da Liga 2050-T84
MATERIAIS E MÉTODOS 67
Figura 3-2 Curva da/dN „vs‟ ΔK
Fonte: Maciel (2013).
3.1.1.1 Carregamentos de Amplitude Constante e Variável – Picos Simples
Para esta liga, foram usados dados dos ensaios de perfis simples de carregamento, conforme Chemin (2017). Neste ensaiou-se três perfis de carregamento, com amplitude constante, pico trativo e pico trativo e compressivo, com respectivamente as seguintes razões de carregamento R=0,6 (amplitude constante); R=0,3 (Pico trativo) e R= - 0,2 (Vale compressivo). Os níveis de tensões aplicadas e outros detalhes são mostrados na seção 3.4, mais adiante deste capítulo.
3.1.2 Liga 7475 T7351
A outra liga usada nas simulações foi estudada por Ruchert (2007), que utilizou a liga de alumínio de grau aeronáutico SAE- AMS 7475 T7351, cedida na forma de bloco laminado (800 x 500 x 100 mm) e/ou placa laminada pela EMBRAER, cuja análise química (tendo como padrão os limites de peso estabelecidos pela norma SAE AMS 2355) resultou nos dados da Tabela 3.3. A Figura 3-3 apresenta a microestrutura da referida liga, bem como a Figura 3- 4, mostra a curva de propagação da/dN x ΔK. Esta foi desenvolvida para combinar, boa tenacidade à fratura e resistência à corrosão. (PASCOAL JR, 2014). Usual para a fuselagem do avião e outras estruturas (CASTRO; MEGGIOLARO, 2001).
Tabela 3-3 – Composição química da liga de Alumínio 7475 T7351
Elemento químico
% Peso Normalizado Resultados Experimentais
Mínimo Máximo Bloco Placa
Si -- 0,1 0,04 0,031 Fe -- 0,12 0,061 0,09 Cu 1,2 1,9 1,576 1,9 Mn -- 0,06 0,01 0,01 Mg 1,9 2,6 2,045 2,397 Cr 0,18 0,25 0,197 0,215 Ni -- 0,05 ND ND Zn 5,2 6,2 5,464 6,03 Ti - 0,06 0,018 0,029 P -- 0,05 0,001 0,001 Pb -- 0,05 ND 0,002 Sb -- 0,05 0,002 0,001 Sn -- 0,05 ND 0,001 V -- 0,05 0,003 0,01 Zr -- 0,05 ND 0,001 B -- 0,05 0,0009 0,0009 Co -- 0,05 0,001 ND Al -- -- Restante Restante Fonte: Ruchert (2007).
Figura 3-3 Microestrutura da Liga 7475 T7351
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Figura 3-4 Curva da/dN „vs‟ ΔK – Liga 7475 T7351
Fonte: Ruchert (2007).
Além disso, foram preparados corpos de prova com orientações LT e TL, cujos resultados de propriedades mecânicas médias, onde quatro pontos por orientação foi usado na caracterização das propriedades, avaliadas por meio de ensaio de tração cujos corpos de prova foram retirados do bloco laminado e seguem a norma ASTM-E8M (2000). Os resultados são mostrados na Tabela 3.4.
Tabela 3-4 – Resultados médios para os ensaios de tração liga de Alumínio 7475 T7351
Orientação Φ (mm) A (mm²) r S (MPa) e S (MPa) RA (%) ΔL (%) E (MPa) LT 6,00 28,2 472 398 14,55 11,18 73430 TL 6,05 28,8 470 395 19,42 16,55 71430 Fonte: Ruchert (2007).
3.1.2.1 Amplitude Constante de Carregamentos
Para entender o comportamento em fadiga em amplitude constante, Ruchert (2007), que utilizou a liga de alumínio de grau aeronáutico SAE- AMS 7475 T7351, cedida na forma de bloco laminado (800 x 500 x 100 mm) e/ou placa laminada pela EMBRAER, cuja análise química atende aos limites de peso estabelecidos pela norma SAE AMS 2355. Além disso, foram preparados corpos de prova com orientações LT e TL.
O modelo de corpo de prova adotado ideal para análises que só envolvam tensões trativa foi do tipo C(T) (Compact Tension) mostrado na Figura 3.5. Além disso, foram usadas cinco razões de carregamento obtendo, portanto, as curvas de da/dN em função de ΔK, seguindo a norma ASTM 647-05, com cinco níveis de carregamento R (0,1; 0,3; 0,5; 0,7; 0,8) na orientação LT, quatro níveis de R (0,1; 0,5; 0,7; 0,8) na orientação TL, ambos com 25 mm de espessura. E mais cinco níveis de R (0,1; 0,3; 0,5; 0,7; 0,8) com predominância de tensão plana, na orientação LT, com espessura de 2,5mm.
Figura 3-5 Esquema geométrico do Corpo de prova CT
Fonte: O autor.
3.1.2.2 Carregamentos de Amplitude Variável – Espectros de Voos
Trabalhou-se com corpos de prova em estado plano de deformação e em tensão plana, razão pela qual temos CP‟s de 25mm e de 2,5mm, dentro dos valores estabelecidos como máximo e mínimo da norma ASTM 647-05, conforme os ensaios executados por Ruchert, (2007). A resposta experimental deste trabalho foi apresentada em Ruchert (2007), no qual foram utilizados corpos de prova do tipo middle-cracked tension M(T), ilustrado na Figura 3.6, extraídos na orientação transversal à direção de laminação (TL) de uma placa da liga AMS 7475-T7351.
MATERIAIS E MÉTODOS 71
Figura 3-6 Esquema geométrico do Corpo de prova MT
Fonte: O autor.
Estes corpos de prova foram submetidos aos diferentes tipos de espectros de carga, sendo que para os espectros Mini-Twist e Falstaff foram ensaiados dois corpos de prova para cada, enquanto que para os espectros Twist e Mini-Falstaff foi ensaiado um corpo de prova para cada. Para os espectros Falstaff e Mini-Falstaff foi usada à tensão máxima de 200 MPa e para os espectros Twist e Mini-Twist, tensão média de 80 MPa.