Análise de Fadiga

Análise de Fadiga

FundamentosFundamentosda mecânica de da mecânica de fratura e suas potenciais fratura e suas potenciais aplicaaplicaçções na Anões na Anáálise de lise de

Falhas Falhas

Docente: Docente:

Prof. Willy Ank de Morais Prof. Willy Ank de Morais

Faculdade de Engenharia / Engenharia Industrial Mecânica Faculdade de Engenharia / Engenharia Industrial Mecânica ––UNISANTA UNISANTA

Grupo de Estudos sobre Fratura dos Materiais / Escola de Minas Grupo de Estudos sobre Fratura dos Materiais / Escola de Minas –– UFO P UFO P

Analista de Produto / Desenvolvimento de Novos Produtos

Analista de Produto / Desenvolvimento de Novos Produtos ––COSIPA COSIPA

Diretor da Divisão TDiretor da Divisão Téé cnica de Ciência e Engenharia de Materiais Met cnica de Ciência e Engenharia de Materiais Metáálicoslicos––ABM ABM sábado, 6 de janeiro de 2007 10:48:5

Curso de Fundamentos da Mecânica de Fratura e suas aplica

Curso de Fundamentos da Mecânica de Fratura e suas aplicaçções ões slide 3de 26 zO fenômeno da Fadiga zAbordagem convencional pelas curvas S-N zIntrodução dos fatores de concentração de tensão zAbordagem pelas curvas da/dnvs. ∆K

CapCapíítulo Cinco: Aplicatulo Cinco: Aplicaçções da ões da

Mecânica de Fratura para a Fadiga Mecânica de Fratura para a Fadiga sábado, 6 de janeiro de 2007 10:48:5

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Curso de Fundamentos da Mecânica de Fratura e suas aplicaçções ões slide 4de 26 zAs estruturas geralmente possuem concentradores de tensão que fazem com que a tensão aplicada aumente localmente para valores acima da tensão submetidas ao restante da estrutura.

zPode-se quantificar este incremento de tensão por meio do fator de intensidade de tensões (K).

zExistem diversas fórmulas, tabelas, ábacos e softwares que fornecem estes valores.

zÉpossível utilizar estes valores para um projeto mais preciso e seguro de uma estrutura sob Fadiga.

Fadiga Fadiga ––Metodologia de estudo convencional Metodologia de estudo convencional

Melhoria do

Melhoria do projeto baseado nas curvas Sprojeto baseado nas curvas S--N N sábado, 6 de janeiro de 2007 10:48:5

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Fadiga Fadiga ––Metodologia de estudo convencional Metodologia de estudo convencional

Melhoria do

Melhoria do projeto baseado nas curvas Sprojeto baseado nas curvas S--N N sábado, 6 de janeiro de 2007 10:48:5

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Curso de Fundamentos da Mecânica de Fratura e suas aplicaçções ões slide 6de 26 zO efeito da concentração de tensão émuito atenuado no caso dos materiasdúcteis, com carregamento estático.

zNo caso de solicitações de fadiga, porém, o fenômeno têm grande importância.

zO fator de concentração de tensões em fadiga (Kf ) difere zA relação entre os dois valores édada pela sensibilidade ao entalhe, expressa como:

Fadiga Fadiga ––Metodologia de estudo convencional Metodologia de estudo convencional

Melhoria do

Melhoria do projeto baseado nas curvas Sprojeto baseado nas curvas S--N N sábado, 6 de janeiro de 2007 10:48:5

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Fadiga Fadiga ––Metodologia de estudo convencional Metodologia de estudo convencional

Melhoria do

Melhoria do projeto baseado nas curvas Sprojeto baseado nas curvas S--N N sábado, 6 de janeiro de 2007 10:48:5

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Curso de Fundamentos da Mecânica de Fratura e suas aplicaçções ões slide 8de 26 zNecessita-se dimensionar uma barra (tirante) que deverásofrer uma carga flutuante que varia entre 3,6t atéuma compressão máxima de 1,2t.

zO material a ser utilizado éo aço 4340 temperado e revenido, cujas propriedades mecânicas são:

zDeterminar o diâmetro mínimo necessário para produzir esta peça, a prática demonstra que um fator de segurança de 2,5 érecomendado para esta aplicação.

Fadiga Fadiga ––Metodologia de estudo convencional Metodologia de estudo convencional

EXEMPLO de EXEMPLO de projeto melhorado projeto melhorado zA peça anterior deverápossuíruma união com outra peça com diâmetro zProjetar um raio de concordância para evitar o problema ao lado considerando um diâmetro menor de 58,5mm sábado, 6 de janeiro de 2007 10:48:5

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Fadiga Fadiga ––Metodologia de estudo convencional Metodologia de estudo convencional

EXEMPLO de EXEMPLO de projeto melhorado projeto melhorado sábado, 6 de janeiro de 2007 10:48:5

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Fadiga Fadiga ––Metodologia de estudo convencional Metodologia de estudo convencional

EXEMPLO de EXEMPLO de projeto melhorado projeto melhorado sábado, 6 de janeiro de 2007 10:48:5

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Fadiga Fadiga ––Metodologia Metodologia de estudo de estudo convencional convencional

LimitaLimitaçções na ões na representatividade representatividade sábado, 6 de janeiro de 2007 10:48:5

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Fadiga Fadiga ––Compreendendo melhor o fenômeno Compreendendo melhor o fenômeno zAtravés de novas técnicas de observação de materiais, iniciou-se a observação de superfícies de fratura por fadiga.

zDeterminou-se que na frente da ponta de uma trinca de fadiga existe uma pequena região de deformação plástica que éresponsável pela velocidade da trinca.

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Fadiga Fadiga ––Compreendendo melhor o fenômeno Compreendendo melhor o fenômeno zForam feitas tentativas de se modelar o crescimento das trincas por fadiga, como por exemplo:

–C –constante

–a –tamanho da trinca zNestes casos determinou-se que os valores de m variavam entre 2 a 4 e n de 1 a 2.

zMas ainda eram modelos muito empíricos e pouco representativos n m d N d N sábado, 6 de janeiro de 2007 10:48:5

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Fadiga Fadiga ––Compreendendo melhor o fenômeno Compreendendo melhor o fenômeno zA grande evolução ocorreu quando se introduziu o fator de concentração de tensões (K) nos equacionamentos:

zNestes casos, o ciclo de tensões produz um equivalente ciclo de concentrações de tensão, segundo a conhecida equação:

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Curso de Fundamentos da Mecânica de Fratura e suas aplicaçções ões slide 15de 26 zParis (1963) desenvolveu a seguinte equação básica:

–C e m –constantes do material (C≈3 para aços e 3 a 4 para ligas de Al) d N zTendo-se os valores de C e m do material, no tipo de carregamento imposto, podese determinar o tempo que uma trinca de comprimento a levarápara fraturar o material, integrando-se a equação anterior:

Fadiga Fadiga ––AnAnáálise via Mecânica de Fratura lise via Mecânica de Fratura

Filosofia de projeto baseado nas curvas Filosofia de projeto baseado nas curvas dada--dNdNvsvs∆∆K K sábado, 6 de janeiro de 2007 10:48:5

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Fadiga Fadiga ––AnAnáálise via lise via

Mecânica de Fratura Mecânica de Fratura

Filosofia de projeto Filosofia de projeto baseado nas curvas baseado nas curvas dada- - dNdN vsvs ∆∆K K sábado, 6 de janeiro de 2007 10:48:5

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Fadiga Fadiga ––AnAnáálise via lise via

Mecânica de Fratura Mecânica de Fratura

Exemplos de curvas Exemplos de curvas dada- - dNdN vsvs ∆∆K K sábado, 6 de janeiro de 2007 10:48:5

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Fadiga Fadiga ––AnAnáálise via Mecânica de Fratura lise via Mecânica de Fratura

Exemplos de curvas Exemplos de curvas dada--dNdNvsvs∆∆K K

Liga de Al 7150Liga de Al 7150--T77511 T77511 sábado, 6 de janeiro de 2007 10:48:5

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Fadiga Fadiga ––AnAnáálise lise via Mecânica de via Mecânica de

Fratura Fratura

Exemplos de curvas Exemplos de curvas dada --dNdN vsvs ∆∆K K

SumSumáário rio de curvas de curvas para ligas para ligas de de alumalum íínio nio sábado, 6 de janeiro de 2007 10:48:5

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Fadiga Fadiga ––AnAnáálise via Mecânica de Fratura lise via Mecânica de Fratura

Exemplos de curvas Exemplos de curvas dada--dNdNvsvs∆∆K K

Cr LT Si LT

Variação da/dNx

∆Kpara os aços “dual-phase”

(fabricação de rodas) ao cromo e ao silício, R = 0,3.

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Fadiga Fadiga ––AnAnáálise via Mecânica de Fratura lise via Mecânica de Fratura

Exemplos de curvas Exemplos de curvas dada--dNdNvsvs∆∆K K

Variação da/dNx

∆Kpara o aço “dual-phase”ao cromo, efeito da razão R.

Cr LT R=0,6 Cr LT R=0,3 sábado, 6 de janeiro de 2007 10:48:5

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Curso de Fundamentos da Mecânica de Fratura e suas aplicaçções ões slide 22de 26 zUma placa de aço carbono comum estásubmetida a um processo de fadiga uniaxial de amplitude constante, com:

= 180MPa e σmín = -40MPa zAs propriedades mecânicas estáticas do aço são:

–Limite de escoamento –500MPa

–Limite de resistência –600MPa

–Módulo de elasticidade –207MPa

–Tenacidade àfratura (KIc ) = 100MPa×m zEsta placa contém uma trinca de 0,5mm em uma de suas laterais zQual seráa vida em Fadiga prevista para este componente ?

Fadiga Fadiga ––AnAnáálise via Mecânica de Fratura lise via Mecânica de Fratura

EXEMPLO de EXEMPLO de projeto via Mecânica de Fratura projeto via Mecânica de Fratura sábado, 6 de janeiro de 2007 10:48:5

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Curso de Fundamentos da Mecânica de Fratura e suas aplicaçções ões slide 23de 26 sábado, 6 de janeiro de 2007 10:48:5

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Fadiga Fadiga ––AnAnáálise via Mecânica de Fratura lise via Mecânica de Fratura

EXEMPLO de EXEMPLO de projeto via Mecânica de Fratura projeto via Mecânica de Fratura d N sábado, 6 de janeiro de 2007 10:48:5

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Fadiga Fadiga ––AnAnáálise via Mecânica de Fratura lise via Mecânica de Fratura

Efeito das sobrecargas Efeito das sobrecargas sábado, 6 de janeiro de 2007 10:48:5

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Fadiga Fadiga ––AnAnáálise via Mecânica de Fratura lise via Mecânica de Fratura

Efeito das sobrecargas Efeito das sobrecargas

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