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Módulo: 3.7. Introdução à fadiga Formador: A. Chaves e Sousa Alfragide, 2014-06 Pós Graduação em Engenharia da Soldadura

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Introdução à Fadiga - Engenharia da Soldadura

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Módulo: 3.7. – Introdução à fadiga

Formador: A. Chaves e Sousa

Alfragide, 2014-06

Pós Graduação em Engenharia da Soldadura

Introdução à fadiga

A. Chaves e Sousa 2

Introdução à fadiga

A. Chaves e Sousa 3

FADIGA – (definição ASTM) – é um processo de alteração

estrutural permanente, progressivo e localizado, que

ocorre num material sujeito a condições que produzem

tensões ou extensões dinâmicas num ponto ou vários

pontos, e que pode culminar em fendas ou numa fractura

completa após um número suficiente de variações de

carga.

Introdução à fadiga

A. Chaves e Sousa 4

PROGRESSIVO – porque apesar da ruptura à fadiga

ser súbita, ocorre sem sinal, mas os mecanismos

envolvidos estão a funcionar, se calhar desde o início

da peça localizado – dá-se normalmente em pequenas

áreas, devido a tensões elevadas.

LOCALIZADO – porque apesar da ruptura à fadiga ser

súbita, ocorre sem sinal, mas os mecanismos

envolvidos estão a funcionar muitas vezes desde o

início de trabalho da peça, mas invisivelmente.

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FENDAS E FRACTURAS – significa que uma fenda

cresce até um ponto em que devido à transferência de

carga o resto do material não suporta e fractura.

As roturas por fadiga apresentam as seguintes

características:

1º. Zona iniciação da fenda

2º. Estrias ou bandas indicadoras de propagação de

fenda

3º. Zona de fractura final a seguir à zona da

propagação da fenda.

Introdução à fadiga

A. Chaves e Sousa 6

Variáveis necessárias para a rotura por fadiga

Tensão principal máxima suficientemente elevada.

Variação ou flutuação de tensão grande.

Número de ciclos de tensão aplicada, grande

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Ciclos com amplitude de tensão constante

2/minmaxmax ma

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Ciclos com amplitude de tensão variável

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Tensão média (σm ): é a semi-soma de tensão máxima

com a tensão mínima. (σmáx+σmin) / 2

Gama de tensões

max min

max min

Amplitude de tensões

2

( ) / 2

a

a

Introdução à fadiga

A. Chaves e Sousa 10

Os ciclos de tensão alternada ou blocos são mais fáceis

de determinar

No caso de tensões alternadas aleatórias, os ciclos são

obtidos experimentalmente.

São estas que provocam mais roturas por fadiga

O método mais utilizado na análise dos resultados

obtidos nos ensaios de fadiga baseia-se nas curvas

Tensão Aplicada (S) em função do Número de Ciclos (N).

Estas curvas designam-se por curvas S-N.

Introdução à fadiga

A. Chaves e Sousa 11

O método de obtenção das curvas S-N, consiste em

registar o número de ciclos até a rotura de provetes

submetidos a diferentes tensões aplicadas.

Introdução à fadiga

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As curvas são apresentadas normalmente em gráficos

que têm o seguinte aspecto.

Introdução à fadiga

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Introdução à fadiga

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Introdução à fadiga

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Os provetes utilizados na determinação das curvas S-N

básicas dos materiais obedecem a uma determinada

geometria.

Nos ensaios de flexão ou torção as tensões nominais

utilizadas na curva S-N são as tensões máxima de flexão e

torção obtidas pelas equações de cálculo.

No ensaio de tracção a tensão nominal na curva S-N é a

carga aplicada a dividir pela área mínima de secção de

provetes.

Introdução à fadiga

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A norma BS-5400,

para verificação de

estruturas à fadiga tem

o seguinte campo de

aplicação:

Edifícios industriais

Pontes

Chassis de

máquinas

Construções

similares

Introdução à fadiga

A. Chaves e Sousa 18

Introdução à fadiga

A. Chaves e Sousa 19

3.7 – Introdução à fadiga

Introdução à fadiga

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A fadiga oligocíclica pode resultar de solicitações a

amplitude de tensão constante.

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ou a amplitude de extensão constante

Introdução à fadiga

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A fadiga oligocíclica, observa-se mais em reservatórios

sobre pressão, turbinas a vapor. Está muito associada a

tensões repetidas de origem térmica.

Na fadiga oligocíclica a amplitude de extensão

constante, o método mais usual de representar é

extensão em função

Na curva abaixo o nº de ciclos aumenta à medida

diminui

rNp

p

Introdução à fadiga

A. Chaves e Sousa 24

Introdução à fadiga

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A equação mais utilizada para relacionar o

com tem a forma

é conhecida como a Lei de Coffin – Manson

p rN

1/ 2

constantef pN

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Representada em coordenadas logarítmicas toma a forma de uma recta

Introdução à fadiga

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O comportamento dos materiais à fadiga, representada

pelas curvas S-N, é afectada por:

acabamento superficial, revestimentos e tensões

residuais à superfície da peça

geometria e tamanho da peça

concentração de tensões

estado de tensões

meio ambiente

temperatura

material e tratamento térmico

Introdução à fadiga

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Representação esquemática do efeito de concentração

de tensões na resistência à fadiga.

Introdução à fadiga

A. Chaves e Sousa 29

Meio ambiente

Fadiga com corrosão: acção simultânea de tensões

dinâmicas e ataque químico numa peça.

Na tabela seguinte apresentam-se os valores para a

fadiga de diversos materiais ao ar e em ambiente

salino.

Introdução à fadiga

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Introdução à fadiga

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Ensaio de fadiga do conjunto asa/fuselagem de um Boeing