Ensaio de Fadiga

EM-641 1

ENSAIO DE FADIGA

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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EM-641 3

Flexo Rotativa com controle de

temperatura

Ensaio de Fadiga

EM-641 4

Ensaio de Fadiga em Molas

Ensaio de Fadiga

EM-641 5

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=

Ensaio de Fadiga

EM-641 6

Fadiga em Fuselagem: aps 89.000 ciclos de

decolagem/pouso: pressurizao/despressurizao

Ensaio de Fadiga

EM-641 7

Trinca por Fadiga iniciada na parte superior

frontal da fuselagem

Ensaio de Fadiga

EM-641 8

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

Ensaio de Fadiga

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

Ensaio de Fadiga

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

Ensaio de Fadiga

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

Ensaio de Fadiga

EM-641 12

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

Ensaio de Fadiga

EM-641 13

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

Ensaio de Fadiga

EM-641 14

Tenses limites:

construo de grficos

mxima e mnima

regresso e tcnicas matemticas

Ensaio de Fadiga

EM-641 15

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

Ensaio de Fadiga

EM-641 16

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 :

Ensaio de Fadiga

EM-641 17

Superfcie Isenta de Defeitos

Bandas de deslizamentos

Defeitos internos

Ensaio de Fadiga

EM-641 18

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:

Ensaio de Fadiga

EM-641 19

Liga ao-Ni-Cr

Cobre deformado

a frio

Aspectos da superfcie:

microscpico = estrias

macroscpico = marcas de praia

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EM-641 20

Falha Catastrfica:

Ensaio de Fadiga

EM-641 21

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