Medição de tensões residuais com indentador instrumentado e interferômetro radial

Abstract

Este trabalho envolve o aprimoramento e a avaliação de alguns aspectos de uma técnica de medição de tensões residuais uniaxiais, combinando a holografia eletrônica (ESPI- Electronic Speckle Pattern Interferometry) e a indentação instrumentada. Ao invés de se produzir o alívio de tensões, como na maioria dos métodos de medição de tensões residuais destrutivos e semi-destrutivos, a indentação é usada para introduzir deformações plásticas localizadas no material. O campo de deslocamentos radial resultante ao redor da marca de indentação é medido e, através de um modelo matemático apropriado, o estado de tensões residuais presente na região de interesse é quantificado. São usados os mesmos modelos matemáticos desenvolvidos por Sutério (2005) e um novo dispositivo capaz de aplicar indentação de forma mais controlada, fazendo o controle da carga aplicada ou da penetração obtida. São apresentados o aparato experimental para simulação de tensões residuais, o equipamento de indentação de forma controlada, as formulações analítico-empíricas obtidas através de experimentos controlados, e o programa de computador desenvolvido e usado para quantificar tensões residuais na superfície do material. Uma ampla série de experimentos é realizada para calibrar o sistema usando carregamentos de referência uniaxiais. O material estudado é o aço SAE 1020. Após a calibração, são realizadas verificações a partir de medições independentes. Uma análise das incertezas envolvidas nos sistemas de medição e de simulação de tensões residuais uniaxiais é retomada e avaliada. Finalmente, o trabalho traz ainda comparações com os resultados de Sutério (2005) e aponta os progressos que devem ser realizados para melhorar o desempenho do sistema.

This work develops a partial evaluation a technique for uniaxial residual stress measurement, combining electronic holography (ESPI- "Electronic Speckle Pattern Interferometry"), and instrumented indentation. Instead of releasing the stress field, as do most of the destructive and semi-destructive methods of measurement of residual stresses, indentation is used to produce new local plastic deformations in the material. The resultant radial displacement field around the indentation print is measured and fitted to an appropriate mathematical model. As the result, the state of residual stresses in the region of interest is quantified. The same mathematical models developed by Suterio (2005) are used here in combination with a new indentation device able to better control indentation parameters as indentation force and indentation penetration. This dissertation presents the experimental apparatus for residual stresses simulation, the controlled indentation equipment, the analytical-empirical formulas obtained from controlled experiments, and the computer program developed and used to quantify residual surface stresses in the material. A long series of experiments are executed and analyzed to calibrate the system using reference uniaxial stresses values. The material studied is the SAE 1020 steel. After calibration, the system performance was independently verified. An uncertainty budget for uniaxial stresses simulation and measurement was resumed and evaluated. Finally, this work presents some comparisons in relation to Suterio's work (2005) and points to further improvements to increase measurement performance of the system.