Banco de dados de fadiga de ligas fabricadas aditivamente

Jun 10, 2023

Dados científicos volume 10, número do artigo: 249 (2023) Citar este artigo

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A fadiga é um processo de degradação mecânica que geralmente é avaliado com base em regras empíricas e dados experimentais obtidos em testes padronizados. Os dados de fadiga de materiais de engenharia são comumente relatados em SN (a relação tensão-vida), ε-N (a relação deformação-vida) e da/dN-ΔK (a relação entre a taxa de crescimento de trincas por fadiga e a faixa do fator de intensidade de tensão ) dados. As propriedades mecânicas estáticas e de fadiga de ligas fabricadas aditivamente (AM), bem como os tipos de materiais, parâmetros de AM, processamento e testes são coletados de milhares de artigos científicos até o final de 2022 usando processamento de linguagem natural, aprendizado de máquina e técnicas de visão computacional. Os resultados mostram que o desempenho das ligas AM pode atingir o das ligas convencionais, embora a dispersão de dados e o desvio do sistema estejam presentes. O banco de dados (FatigueData-AM2022) é formatado em estruturas compactas, hospedado em repositório aberto e analisado para mostrar seus padrões e estatísticas. A qualidade dos dados recolhidos na literatura é medida através da definição de pontuações de classificação para conjuntos de dados relatados em estudos individuais e através das taxas de preenchimento de entradas de dados em todos os conjuntos de dados. O banco de dados também serve como um conjunto de treinamento de alta qualidade para processamento de dados usando modelos de aprendizado de máquina. Os procedimentos de extração e análise de dados são descritos e as ferramentas são divulgadas publicamente. Sugere-se uma linguagem unificada de dados de fadiga para regular a comunicação de dados sobre o desempenho de fadiga de materiais, a fim de facilitar o compartilhamento de dados e o desenvolvimento da ciência aberta.

A fadiga é um processo prejudicial de degradação mecânica experimentado por materiais estruturais e componentes em serviço de longo prazo, por exemplo, na indústria aeroespacial, de energia nuclear, de petróleo e de gás1. O dimensionamento da integridade estrutural com os danos por fadiga levados em consideração pode ser realizado segundo princípios de vida segura ou tolerância a danos. No projeto de vida segura, as falhas não são explicitamente consideradas e os produtos devem ser retirados de serviço após a vida útil do projeto. A filosofia de projeto baseia-se em dados experimentais de corpos de prova padrão testados sob condições de carregamento específicas, que podem ser estendidos a componentes estruturais. Na prática, os espectros de carregamento arbitrários são tratados considerando o dano cumulativo, por exemplo, usando a regra linear de Miner2. Os efeitos do tamanho das amostras, tensão média, multiaxialidade e ambiente também podem ser incluídos. Os dados de vida útil de tensão (SN) produzidos por testes controlados por tensão (controlados por força) e os dados de vida útil de deformação (ε-N) por testes controlados de deformação são os dois conjuntos fundamentais de dados experimentais para projeto de vida segura, que descrevem a relação entre o máximo (σmax, εmax) ou amplitude (σa, εa) de tensão/deformação e o número de ciclos de carregamento (N) e são comumente usados ​​para fadiga de alto ciclo (HCF)/fadiga de baixo ciclo (LCF) projeto, respectivamente (Fig. 1a). No projeto de tolerância a danos, considera-se que um componente estrutural é capaz de sustentar falhas (por exemplo, rachaduras) com segurança antes do próximo ponto de inspeção, e o componente é então reparado ou substituído2. O crescimento de trincas por fadiga (FCG) pode ser racionalizado na teoria da mecânica da fratura e avaliado experimentalmente usando amostras de tensão compacta (CT). A dependência da taxa FCG (da / dN) na faixa do fator de intensidade de estresse (SIF) (ΔK) é assim referida no monitoramento e manutenção da saúde estrutural (Fig. 1a). Os dados SN, ε-N e da/dN-ΔK oferecem medidas padrão para a degradação da resistência mecânica sob cargas cíclicas, que é uma característica única que pode ser explorada em pesquisas centradas em dados.

Projeto de integridade estrutural de componentes estruturais de fabricação aditiva (AM) usando dados de fadiga de testes padronizados. (a) Condições de carregamento representativas, tipos de amostras e dados obtidos em testes de fadiga. (b) Procedimentos e parâmetros de AM ilustrados através da técnica de fusão em leito de pó a laser (L-PBF).