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Ensaio de Fadiga
EM-641 1
ENSAIO DE FADIGA
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Ensaio de Fadiga
EM-641 2
Ensaio de Fadiga
DEFINIO:
Aplicao de carga cclica em um CP;
Extremamente empregado na indstria automobilstica e aeronutica
Mais empregado o de flexo rotativa
Fornece dados quantitativos de resistncia e analisa a formao de trincas;
Sofre influncia: T,ambiente, microestrutura, propriedades do material;
MQUINA DE ENSAIO:
Durante o ensaio registra-se Carga (P) em funo de nmero de ciclos (Nf)
Motor
Corpo-de-provaContador
de Rotaes
Carga
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Flexo Rotativa com controle de
temperatura
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Ensaio de Fadiga em Molas
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TIPOS DE TENSES:
Compresso
Trao
Tempo
C) Tenso irregular aleatria (Vibraes Complexas)
Tempo
mn
Compresso
Trao
mn
mx
pico
ra
vale
Tempo
A) Tenso alternada (ideal)
B) Tenso flutuante
Perodo de
1 ciclo
mx mnM = 0
mn
mx
r
a
Compresso
Trao
M
Perodo de
1 ciclo
mx
M 0=
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Fadiga em Fuselagem: aps 89.000 ciclos de
decolagem/pouso: pressurizao/despressurizao
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EM-641 7
Trinca por Fadiga iniciada na parte superior
frontal da fuselagem
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Tenso Mdia (M):
2
mnmxM
Intervalo de Tenses (R):
mnmxr
Amplitude de Oscilao (a):
22
mnmxra
Razo de variao de tenses (Rf):
mx
mnfR
Exemplo de tipos de tenses
Basculante
Engrenagem
Eixo 2 (Engastado)
Tambor
Basculante
Motor
Engrenagem e
Eixo 1
Eixo 2Tambor
Caixa de
Reduo
h0
nh
1h
2h
....
Cabo
Cabo
Eixo 1 (Livre)
MotorCaixa de
Reduo
Carga 1 Nvel h1
Nvel h2
Nvel hn
Carga 2
Carga n ....
Pinho
Pinho
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EM-641 9
Eixo 1: tenso alternada
Engrenagem/pinho
Plano deTangncia(Contato)
P
P
A
R
Dente daEngrenagem
Dente doPinho
R
Eixo (1)
fletido devido carga R
Pinho
Eixo 1
Pinho
Ponto 1
Ponto 2
(Fletido)
Rotao
t
t + t
Ponto 1
Ponto 2
Ponto 2
Ponto 1
Trao
Compresso
Trao
Compresso
Tenso no ponto 1
Tenso no ponto 2tempot
t + t
trao
compresso
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EM-641 10
Eixo 2: tenso flutuante
Sistema de elevao
Tempo
Tenso no nvel hn
mx
Tenso
mn
com carga mxima
Perodo de 1 ciclo
Perodo de Subida
Perodo de Descida
Desligado
Eixo 1: tenso pulsada
Ligao motor
Tempo
MAX
Tenso
Transiente
aps Ligado
Perodo de Funcionamento
Transiente
aps Desligado
(Regime permanente)
de Cisalhamento
Desligado
Perodo
Ligado
Perodo
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EM-641 11
RESULTADOS DO ENSAIO: Curva x N ou Curva de Wohler
1E+1 1E+2 1E+3 1E+4 1E+5 1E+6 1E+7 1E+8 1E+1 1E+2 1E+3 1E+4 1E+5 1E+6 1E+7 1E+8
Nmero de Ciclos, N
[MPa]
No ocorre ruptura
por Fadiga
Curva tpica para:
Ao-C
Ligas de Ti
Ligas de Mo
Ferrosos em geral
Rf
Nmero de Ciclos, N
[MPa]
Curva tpica para:
Alumnio
Cobre
No Ferrosos em geral
f
f
f1
2
1Nf 2Nf(A) (B)
Limite de resistncia fadiga (Rf) = patamar horizontal
Resistncia fadiga (f) = tenso na qual rompe para um no 107 - 108 ciclos
Vida em fadiga (Nf) = no de ciclos que causar ruptura para uma tenso
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2 3 4 5 6 7 89 2 3 4 5 6 789 2 3 4 5 6 789 2 3 4 5 6 7 89 2 3 4 5 6 7 89
1E+4 1E+5 1E+6 1E+7 1E+8 1E+9
Nmero de Ciclos, N
0
200
400
600
800
1000
1200
Ao ferramenta
Liga de alumnio
em Fadiga = 400 MPa
Limite de Resistncia
para 10 ciclos = 50 MPa
Resistncia Fadiga
Vida em Fadiga para 600 MPa de tenso = 10 ciclos
7
5
Tenso Aplicada [MPa]
150 MPa
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Tipos:
Fadiga em Baixo Ciclo
menor que 104 ciclos
altas tenses
Fadiga em Alto Ciclo
maior que 104 ciclos
baixas tenses
Resultados:
Tcnicas estatsticas:
requer grande no CP
trabalha com curvas de probabilidade
varia-se a tenso de um valor mximo at
no mais ocorrer fratura
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Tenses limites:
construo de grficos
mxima e mnima
regresso e tcnicas matemticas
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Liga Condio u (MPa) e (MPa) f (MPa)
Aos
1015 Deformado a frio 0% 455 275 240
1015 Deformado a frio 60% 710 605 350
1040 Deformado a frio 0% 670 405 345
1040 Deformado a frio 50% 965 855 410
4340 Recozido 745 475 340
4340 Temperado e revenido (204oC) 1950 1640 480
4340 Temperado e revenido (538oC) 1260 1170 670
Comparao Resultados de Trao e Fadiga para Alguns Aos
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Fratura de Fadiga:
Incluso
Poro
Trinca
Defeitos Internos
Superfcie
Defeitos Superficiais
Entalhe ou trincade superfcie
Superfcie
Deslizamento de Planos
Planos emDeslizamento
- Nucleao
- Propagao
- Falha catastrfica
Superfcies com Imperfeies
Pontos de concentrao de tenses
Defeitos superficiais
Nucleao de trincas internas ou externas :
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Superfcie Isenta de Defeitos
Bandas de deslizamentos
Defeitos internos
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Plano dedeslizamento
A
Tempo
C
B
D
E
F
Tenso,
B
A
A
Planos dedeslizamento
45o
45o
Trinca inicial
ou entalhe
B
45o
45o
45o
Deslizamento
de plano
Abertura
ampla de
trinca
C
C
Arredondamento
plstico da
ponta da trinca
a a
aa - Comprimento da trinca
- Avano da trinca
(A)
(B)
(C)
(D)
a a
D
D E
E
F
F
(E)
(F)
(G)
Propagao cclica da trinca:
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Liga ao-Ni-Cr
Cobre deformado
a frio
Aspectos da superfcie:
microscpico = estrias
macroscpico = marcas de praia
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Falha Catastrfica:
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Fatores de Influncia na Resistncia Fadiga
Tenso Mdia:
______
1E+1 1E+2 1E+3 1E+4 1E+5 1E+6 1E+7 1E+8
Nmero de Ciclos, N
(A)
R = + 0,3
R = 0
R = - 0,3
R = - 1,0
R =mnmx
mx
1E+1 1E+2 1E+3 1E+4 1E+5 1E+6 1E+7 1E+8
Nmero de Ciclos, N
=____________M +
mnmx 2
< M4M3M2M1