INFLUÊNCIA DA TENSÃO RESIDUAL NA VIDA A FADIGA DE ESTRUTURAS PARCIALMENTE PLASTIFICADAS

Abstract

An analytical/experimental approach is proposed to verify the effect of residual stresses on the fatigue performance of flexible riser wires. It was initially assumed that the specimens taken from the manufacturer's wire spools came without appreciable residual stresses. In phase 1 of the study, the distribution of residual stresses due to bending is developed in the specimens by imposing a monotonic transverse displacement of a former, followed by spring back. In phase 2, with the specimens from phase 1, with the curvature downwards, supported on rollers of a 3-point bending clamp, they are subjected to timevariable loading until fatigue failure. The experimental results in the number of cycles spent until failure, Nexp, were significantly higher than those predicted by the analytical model only with the tensile residual stresses generated by bending in the soffit. It is concluded that the compressive residual stresses on the external surfaces of the specimens, due to the final cold rolling process, were responsible for this discrepancy. Making the difference between the equivalent alternating stresses of two possible hypotheses, σa_eq (increase in material resistance) and σa*_eq (decrease in acting stresses) can produce an estimate of the value of the superficial compressive residual stresses previously existing. In summary, residual stresses altered the fatigue performance of specimens quite significantly. In the case analyzed, the previous compressive residual stresses increased the life of specimens subjected to tensile residual stresses due to bending in the soffit substantively.

Uma abordagem analítico/experimental é proposta para verificar o efeito das tensões residuais sobre o desempenho à fadiga de arames de armadura de risers flexíveis. Supôs-se, incialmente, que os c.p.s retirados de carreteis de arames do fabricante viessem sem tensões residuais apreciáveis. Na fase 1 do estudo, a distribuição de tensões residuais por curvamento é desenvolvida nos c.p.s pela imposição de deslocamento transversal monotônico de um former, seguindo por springback. Na fase 2, com os c.p.s da fase 1, com a curvatura para baixo, apoiados em roletes de um garra de flexão de 3 pontos, são submetidos a carregamento variável no tempo até falhar por fadiga. Os resultados experimentais em número de ciclos gastos até a falha, Nexp, foram significativamente maiores que os previstos pelo modelo analítico apenas com as tensões residuais trativas geradas pelo curvamento no intradorso. Concluise que as tensões residuais compressivas nas superfícies externas dos c.p.s, devido ao processo final de laminação à frio, foram responsáveis por esta discrepância. Fazendo-se a diferença entre as tensões alternadas equivalentes de duas hipóteses possíveis, σa_eq (aumento da resistência do material) e σa*_eq (diminuição das tensões atuantes) pôde-se produzir uma estimativa do valor das tensões residuais superficiais compressivas previamente existentes. Em resumo, as tensões residuais alteraram o desempenho à fadiga dos c.p.s de forma bastante significativa. No caso analizado as tensões residuais compressivas prévias aumentaram sensivelmente a vida de c.p.s submetidos a tensões residuais trativas por curvamento no intradorso.