Fadiga

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ANÁLISE DE
RESISTÊNCIA MECÂNICA
(MECÂNICA DA FRATURA E FADIGA)

Edison da Rosa
UFSC - 2002

ANÁLISE DE
RESISTÊNCIA MECÂNICA
DE PEÇAS E
COMPONENTES ESTRUTURAIS
(MECÂNICA DA FRATURA E FADIGA)
Prof. Edison da Rosa

Grupo de Análise e Projeto Mecânico
Departamento de Engenharia Mecânica
Universidade Federal de Santa Catarina
Agosto 2002

ÍNDICE

APRESENTAÇÃO

v

PREFÁCIOvi

PARTE 1 - CONCEITOS INICIAIS
1 - METODOLOGIA MODERNA DE PROJETO

1
3

1.1 - O processo de projeto

4

1.2 - Determinação dos esforços

9

1.3 - Análise de tensões

11

1.4 - Análise de falha

15

1.5 - Análise de segurança

16

1.6 - Integração numérico-experimental

18

2 - MODOS DE FALHA E CONFIABILIDADE

21

2.1 - Modos de falha independentes do tempo22

2.2 - Modos de falha dependentes do tempo

27

2.3 - Confiabilidade

29

2.4 - Modelos para falha por sobrecarga

34

2.5 - Modelos para falha por desgaste

40

2.6 - Conclusões

44

3 - COMPORTAMENTO MECÂNICO DOS MATERIAIS

46

3.1 - Generalidades do ensaio de tração

47

3.2 - Resultados obtidos do ensaio de tração

58

3.3 - Diagrama tensão-deformaçãoreal

65

3.4 - Deformação plástica e o efeito de Poisson

71

3.5 - Modelos da curva tensão-deformação

74

3.6 - Ensaio de impacto

77

3.7 - Teoria clássica da transição dútil-frágil

84

PARTE 2 - FALHA ESTÁTICA
4 - CONCENTRAÇÃO DE TENSÃO

89
91

4.1 - Introdução

91

4.2 - Definição do fator de concentração de tensão

94

4.3 - Formas de reduzir a concentraçãode tensão

102

4.4 - Efeitos na resistência estática

103

5 - ANÁLISE PLÁSTICA

117

5.1 - Teorias de falha

118

5.2 - Considerações sobre as principais teorias

125

5.3 - Flexão plástica

127

5.4 - Fator de forma

132

5.5 - Flexão com plastificação parcial da seção

135

5.6 - Desenvolvimento de tensões residuais

139

5.7 - Escoamento com concentraçãode tensão

143

5.8 - Tensões primárias, secundárias e de pico

147

6 - MECÂNICA DA FRATURA ELÁSTICA LINEAR

153

6.1 - Propagação da trinca

154

6.2 - Critério de Griffith

156

6.3 - Fator de intensidade de tensões

161

6.4 - Fator geométrico e o princípio da superposição

167

6.5 - Efeito de deformações plásticas

183

6.6 - Determinação experimental datenacidade

190

7 - MECÂNICA DA FRATURA ELÁSTO-PLÁSTICA

199

7.1 - Limitações da MFEL

199

7.2 - Deslocamento de abertura da trinca

201

7.3 - A tensão crítica de falha

205

7.4 - O método de Dowling e Townley

213

7.5 - Propagação estável da trinca

217

7.6 - Resumo do procedimento de análise

219

PARTE 3 - FALHA POR FADIGA
8 - O FENÔMENO DA FADIGA

221
2238.1 - Introdução

224

8.2 - Comportamento microscópico

226

8.3 - Comportamento macroscópico

231

8.4 - Curva tensão-deformação cíclica

235

8.5 - Exigênciais de uma análise de fadiga

241

8.6 - Critérios de projeto para fadiga

244

8.7 - Comentários finais

246

9 - RESISTÊNCIA À FADIGA DOS MATERIAIS

249

9.1 - Ensaios de fadiga

250

9.2 - Resultadosexperimentais

254

9.3 - Estimativa da curva σ - N do material

259

9.4 - Estimativa da curva ε - N do material

265

9.5 - Obtenção da curva tensão-deformação

272

9.6 - Dano acumulado

274

10- RESISTÊNCIA À FADIGA DOS COMPONENTES

277

10.1- Introdução

277

10.2- Efeitos sobre o diagrama σ - N

279

10.3- Efeitos sobre o diagrama ε - N

294

10.4- Efeitode descontinuidades geométricas

296

10.5- Análise com uso da Regra de Neuber

306

10.6- Comentários

311

11- O EFEITO DE SOLICITAÇÕES MÉDIAS

313

11.1- Diagramas σ a - σ m

313

11.2- Concentração de tensão sob tensões médias

327

11.3- Coeficiente de segurança

330

11.4- Uso do diagrama ε - N

337

11.5- Carregamento combinado

344

12- A PROPAGAÇÃO...
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