Tecnologia dos materiais-fadiga

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1.1.

Fadiga

A ASTM (American Society for Testing and Materials) define fadiga como uma progressiva, localizada e permanente alteração estrutural que ocorre em materiais submetidos a repetidos ou flutuantes deformações ou tensões nominais normalmente inferiores ao limite de escoamento do material em carregamento estático que pode culminar em trincas ou completa fratura após um númerosuficiente de flutuações (ASTM E 1823/96). STEPHENS et al. (2001) explicam detalhadamente o significado de palavras chaves presentes na definição de fadiga da ASTM apresentada acima. Segundo eles, a palavra, “progressiva” implica que o processo de fadiga ocorre ao longo do tempo ou uso. A falha por fadiga é catastrófica e sem aviso prévio, no entanto o mecanismo envolvido pode ser sido iniciado junto coma utilização do componente muito tempo antes da falha. Em seguida, a palavra “localizada” indica que a degradação por fadiga acontece em pontos específicos e não em todo o componente ou estrutura. A palavra “permanente” indica que, uma vez ocorrido alterações por fadiga, o processo é irreversível. A palavra “flutuante” implica que o processo de fadiga envolve tensões ou deformações cíclicas. Apalavra “fratura” indica que o último estágio do processo de fadiga é a separação do componente em duas ou mais partes. Os danos por fadiga são causados pela simultânea ação de tensões cíclicas, tensões de tração e deformação plástica. A deformação plástica localizada resultante das tensões cíclicas é responsável pela nucleação de trincas e as tensões trativas pelo crescimento destas trincas até queelas atinjam um tamanho que exceda a tenacidade à fratura do material e o componente entre em colapso. Se qualquer uma das três condições não estiverem presentes o componente não irá sofrer degradação por fadiga (ASM HANDBOOK VOL. 19, 1996). BARSOM e ROLFE (1987) concordam com o conceito de fadiga descrito acima afirmando que a degradação de um componente por fadiga acontece quando estecomponente está submetido a uma condição de carregamento flutuante. E consideram também que apesar da magnitude do carregamento imposta ao componente, em muitos casos, ser inferior ao limite de escoamento do material; tensões em elevadas magnitudes se desenvolvem em regiões de concentração de tensões, principal fator que acelera a degradação por fadiga. Condição esta que leva à deformação plásticalocalizada com subsequente nucleação e crescimento de trinca por fadiga. Além dos concentradores de

tensões, diversos outros fatores também influenciam no comportamento em fadiga de um componente como, características metalúrgicas, histórico de carregamento e condições ambientais em que o componente está inserido. De acordo com GODEFROID et al. 2009, a maior parte dos componentes estruturais estãosubmetidos à carregamentos alternados ao longo do tempo. Sendo que exemplos de aplicações onde esta condição é comum são componentes de aviões e veículos, pontes, equipamentos para movimentação de terra, eixos de máquinas, bombas e muitos outros. Quanto ao histórico de carregamento sofrido pelo componente, pode haver variação entre uma condição muito simples como a flutuação de tensão senoidal comamplitude e frequência constantes (Figura 3.12-a) até uma condição totalmente aleatória no que diz respeito à flutuação da tensão e a frequência dos ciclos (Figura 3.12-b) (BARSOM e ROLFE, 1987; GODEFROID et al. 2009).

(a) (b) Figura 3.12: Flutuação de tensão senoidal com amplitude e frequência constantes (a) e flutuação de tensões com amplitude e frequência aleatórios (b). Adaptação: CALLISTER,2007.

A partir da Figura 3.12-a, os principais parâmetros para caracterização do carregamento podem ser obtidos, sendo eles: a tensão máxima (σmáx), a tensão mínima (σmín), a tensão média (σm), a faixa ou intervalo de tensões (Δσ), a amplitude de tensões (σa) e razão (R) entre as tensões mínimas e máximas (GODEFROID et al. 2009; CALLISTER, 2007). Valores de R iguais a -1 ou 0 são comumente...
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