Ensaios de Fadiga

Introdução

Carregamentos de FadigaAnálise de FadigaMétodos

S-N(Tensão X N0 de Ciclos) -N (Deformação X N0 de Ciclos)da/dN(Taxa Crescimento da Trinca)

Fraturas por Fadiga

Ensaios de Fadiga

Fatores que influenciam a Resistência à Fadiga

Demonstração no Laboratório

Ocorre quando peças ou componentes estão submetidos a esforços cíclicos;

Caracterizada pela formação e propagação lenta de trincas microscópicas;

Causa fratura frágil em materiais dúteis;

Responsável por 90% das Falhas em componentes e peças.

EXEMPLOS DE CARREGAMENTO SUJEITOS À FADIGA

Início

Carregamento de Fadiga

Tensões cíclicas - esforços repetitivosQualquer carregamento que varie com o tempo pode causar fadiga.Os tipos de carregamento são:

- AMPLITUDE CONSTANTE

- Amplitude variável

Tensão cíclica mais comum - Função Senoidal

Início

Análise de Fadiga

Necessária para estimar a vida dos elementos submetidos a carregamentos cíclicos.

O método mais confiável é através de testes realizados na própria estrutura. como demandam tempo e dinheiro, utiliza-se corpo de provas com o material usado.

Exemplos de protótipos:

Seringa Coluna cervical

Início

Métodos de Ensaio

Método S-N (Alto Ciclo)

Fadiga por tensão controlada

Variação da tensão com número

de ciclos através diagrama S-N

Carregamento reverso, R= -1

Deformação elástica controla a falha

Ensaio pela norma ASTM E-466

Curva de Whöler

a – Material com limite definidob – Material com limite indefinido

Efeito da tensão média na estimativa de fadiga:

- Aumento da tensão média = decréscimo limite fadiga.

- Tensão média positiva diminui, enquanto tensão negativa

Aumenta limite de fadiga

Estimativa carregamento não reverso (goodman)

Método -n(fadiga de baixo ciclo)

Fadiga por deformação controlada

Tensões altas para causar deformações plásticas

Norma ASTM e-606

Método -N (Fadiga de Baixo Ciclo)

Os efeitos das deformações plásticas e elásticas são avaliados pela vida de transição (N)t – Número de ciclos até a falha.

Quando o número de ciclos projetado N for menor que a vida de transição, N (N)t, a análise deve ser pelo método -N (Fadiga de Baixo Ciclo). Quando N (N)t, devemos usar o métodoS-N.Exemplo: suspensão de automóvel

Método do crescimento da trinca

Regra de Paris:

Taxa de propagação da trinca - da/dN - depende do fator de intensidade de tensões K.

Fases da curva sigmoidal

Resumo da utilização dos métodos

As metodologias podem assim ser resumidas:

1. o método S-N ou de Whöhler, relaciona a história das tensões (macroscopicamente elásticas) atuantes na raiz do entalhe, com a vida à fadiga de pequenos corpos de prova testados sob carregamentos simples. MLEF

2. o método -N ou de Coffin-Manson, reconhece as deformações elastoplásticas cíclicas atuantes no ponto crítico da peça, e também as correlaciona com a vida de pequenos corpos de prova.MEPF

3. o método da/dN ou de Paris, baseado nos conceitos da mecânica da fratura,que é usado para quantificar a propagação das trincas de fadiga e com isto controlar o tamanho de trinca crítico, no controle de peças.

Início

Fraturas por Fadiga

Tipos de fratura

As fraturas contam a “história” da peça.

Apresentam características que indicam o modo da fratura de acordo com o tipo de carregamento aplicado.

EXEMPLOS MACROSCÓPICOS

EXEMPLOS MICROSCÓPICOS

Início

Ensaios de Fadiga

Tipos de ensaios de fadiga

Os equipamentos de ensaio de fadiga são constituídos por um sistema de aplicação de cargas, que permite alterar a intensidade e o sentido do esforço, e por um contador de número de ciclos.

O teste é interrompido assim que o corpo de prova se rompe.

O ensaio é realizado de diversas maneiras, de acordo com o tipo de solicitação que se deseja aplicar:

- torção;

- tração-compressão;

- flexão;

- flexão rotativa.

Início

Fatores Influentes

Diminuem a resistência à fadiga

Superfície mal acabada (irregularidades=conc. de tensões)

Defeitos superficiais causados por polimento

Tratamentos superficiais: cromação, niquelação (introduzem tensões residuais)

Ambiente químico corrosivo(acelera a propagação trinca)

Forma da peça(concentradores de tensão)

Defeitos metalúrgicos como: inclusões; poros etc.

Aumentam a resistência à fadiga

Estrutura granular refinada

Microestruturas estáveis

Tratamento térmico adequado

Presença de tensões residuais compressivas

Início

Demonstração no laboratório

FIM