03/09/2013

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Sueila Silva Araújo

Mecânica da Fratura, Fluência e Fadiga – Parte III

1. Ao investigar a causa de um acidente automobilístico, um

engenheiro verificou que a roda traseira quebrou próximo do

eixo e que este estava deformado. A superfície da fratura

revelou um padrão em V, apontando para superfície do eixo.

Sugira uma possível causa para fratura.

2. Uma corrente utilizada no içamento de cargas pesadas fraturou.

O exame do elo fraturado indicou um grande deformação

plástica e a ocorrência de estricção antes da falha. Relacione

algumas das possíveis razões da fratura.

EXERCÍCIOS

É a forma de falha ou ruptura que ocorre nas estruturas sujeitas à forças dinâmicas e cíclicas

Nessas situações o material rompe com tensões muito inferiores à correspondente à resistência à tração (determinada para cargas estáticas)

É comum ocorrer em estruturas como pontes, aviões, componentes de máquinas

A falha por fadiga é geralmente de natureza frágil mesmo

em materiais dúcteis.

FADIGA

A fratura ou rompimento do material por fadiga geralmente ocorre com a formação e propagação de uma

trinca.

A trinca inicia-se em pontos onde há imperfeição

estrutural ou de composição e/ou de alta concentração de tensões (que ocorre geralmente na superfície)

A superfície da fratura é geralmente perpendicular à direção da tensão à qual o material foi submetido

Origem da fadiga

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O fenômeno da fadiga representa a causa de mais de 90% das falhas em serviço de componentes de materiais metálicos.

Os esforços alternados que podem levar à fadiga podem ser:

Tração Tração e compressão

Flexão Torção

Fadiga

RESULTADOS DO ENSAIO DE FADIGA CURVA -N

OU CURVA WOHLER

A CURVA -N REPRESENTA A TENSÃO VERSUS NÚMERO DE CICLOS PARA QUE OCORRA A FRATURA. Normalmente para N utiliza-se escala logarítmica

PRINCIPAIS RESULTADOS DO ENSAIO DE FADIGA

Limite de resistência à fadiga:

é a tensão máxima que um material pode suportar para um número que tenda a infinito de solicitações cíclicas, sem sofrer fratura ou tensão máxima, abaixo da qual a falha por fadiga não ocorrerá. Portanto, o material poderá trabalhar indefinidamente sob tais tensões máxima alternadas

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em alguns materiais a tensão na qual ocorrerá a falha decresce continuamente com o número de ciclos Nesse caso a fadiga é caracterizada por resistência à fadiga

Resistência à fadiga (f):

PRINCIPAIS RESULTADOS DO ENSAIO DE FADIGA O processo de falha por fadiga é caracterizado por três etapas

distintas:

(1) iniciação da trinca, onde uma pequena trinca se forma em algum

ponto de alta concentração de tensões;

(2) propagação da trinca, durante a qual essa trinca avança em

incrementos a cada ciclo de tensões;

(3) fratura final, que ocorre muito rapidamente uma vez que a trinca que está avançando tenha atingido o seu tamanho crítico.

As trincas associadas com falhas por fadiga quase sempre se

iniciam (ou nucleiam) sobre a superfície de um componente em algum ponto de concentração de tensões.

Os sítios de nucleação de trincas incluem riscos superficiais,

ângulos vivos, fios de roscas, mossas e afins.

IMPORTANTE!

Estágios do Processo de Fadiga

Assim a vida em fadiga pode ser determinada como a soma do números de ciclos para nuclear a trinca e o número de ciclos necessário para propagar a trinca.

Nf = Ni + Np

Nf :Número de ciclos até a fratura. Ni : Número de ciclos necessário para se iniciar a trinca. Np : Números de ciclos para propagação da trinca.

Processo de Fadiga

Quando temos um ciclo de tensões caracterizado por baixas tensões e um material sem muitos concentradores de tensões ( riscos, cantos vivos, etc), a parcela responsável pela iniciação de trinca é alta e portanto, Ni >Np.

Quando temos um ciclo com altas tensões de trabalho, a trinca se forma mais rapidamente e, portanto a parcela responsável pela propagação da trinca é maior que a necessária para nuclear a trinca, Np > Ni.

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Nucleação de trincas

Mecanismos de nucleação de trincas por fadiga.

Fonte:http://www.fei.edu.br/mecanica/LabMat/PROJETOS

Fratura por fadiga

Representação das superfícies características de uma fratura em fadiga, com distinção da nucleação, propagação e instabilidade da trinca.

Fonte:http://www.fei.edu.br/mecanica/LabMat/PROJETOS

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Estrias de fadiga apresentam dimensões microscópicas: MET ou

MEV. Cada estria representa a distância

de avanço de uma frente de trinca durante um ciclo de carregamento.

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Aspecto final da fratura

Trincas de fadiga em formato semi-elíptico (com as características marcas de praia, indicadas na foto por setas) e região de propagação instável da fratura (cortesia LabMat-FEI). Fonte:http://www.fei.edu.br/mecanica/LabMat/PROJETOS

Fatores que influenciam a vida em fadiga

O comportamento da fadiga em materiais de engenharia é altamente sensível a uma quantidade de variáveis. Algumas dessas variáveis incluem:

tensão média;

efeitos da superfície;

fatores de projeto;

tratamentos superficiais;

fadiga térmica;

fadiga à corrosão;

Sueila Silva Araújo

sueilaeng@yahoo.com.br