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O Fenômeno da Fadiga● Redução gradual da capacidade de carga do componente, pela
ruptura lenta do material, consequência do avanço quase infinitesimal das fissuras (deformações plásticas) formadas no interior
● Crescimento em cada flutuação do estado de tensões → Deterioração progressiva → Trinca pequena → Trinca de tamanho crítico → Ruptura final (brusca)
● Causado por carregamento cíclico mecânico ou termomecânico
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O Fenômeno da Fadiga
● Causa de falha mais comum (50%-90%)● Normalmente falha súbita
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O Fenômeno da Fadiga
● Maioria das cargas variam no tempo● Normalmente falha súbita ● Gama ampla de ciclos (10-10^8 ciclos)
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O Fenômeno da Fadiga
● Exemplo: reservatório pressurizado. Drenagem a cada 2 meses, vida útil de 10-20 anos → 60-120 ciclos
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O Fenômeno da Fadiga
● Exemplo: Mola de suspensao de automóvel. Carga máxima com 50 ciclos por dia, vida útil de 10 anos → 2x10^5 ciclos
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O Fenômeno da Fadiga
● Exemplo: Motor a reação. Peso sobre o eixo. Pás das turbinas (força centrífuga e gradiente térmico a cada liga-desliga) 4 ciclos diários por 15 anos (250 dias) → 15000 ciclos
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O Fenômeno da Fadiga● Exemplo: Mola de válvula de um motor a
combustão interna de 4 tempos com rotação média de 2000rpm, válvula acionada 1000 vezes por minuto, para uma vida de 200000km → 2,4x10^8 ciclos
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O Fenômeno da Fadiga● Nucleação da trinca
● em pontos com elevado nível de tesões ● Máquinas bem projetadas (menores que a tensão
de escoamento), porém:– Descontinuidades geométricas, metalúrgicas, sobrecarga
na operação
● Trinca pré-existente: ● Defeitos na fabricação● Mal uso do equipamento
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O Fenômeno da Fadiga● Nucleação da trinca
● Tensão cizalhante → movimento de discordâncias → Deslocamento relativo entre dois planos atômicos → Deformação plástica
● Deformação plástica é preponderante na direção de máximo cizalhamento
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O Fenômeno da Fadiga
● Estágio I● Reentrâncias
superficiais: extrusões
● Concentradores de tensão → microtrincas
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O Fenômeno da Fadiga
● Estágio II● Trinca aumenta● Propagação
perpendicular às tensões
● 30% da vida útil
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O Fenômeno da Fadiga
● Estágio II● Fissura cresce em cada
ciclo● Superfície marcada pelo
avanço da trinca (sucessivas posições)
● Propagação perpendicular às tensões
● 30% da vida útil
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O Fenômeno da Fadiga
0
10
20
30
40
50
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06
strain
str
ess
Nf = 0 Nf = 1000 Nf = 10,000 Nf = 1,000,000 Nf = 0 Nf = 1000 Nf = 10,000 Nf = 1,000,000 Nf = 0 Nf = 1000 Nf = 10,000 Nf = 1,000,000
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O Fenômeno da Fadiga● CURVA TENSÃO-DEFORMAÇÃO CÍCLICA● Materiais reais apresentam def. Plástica (zona elástica)
●Rearranjo da estrutura → propiedades mecânicas●Teste: valores fixos de def.
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O Fenômeno da Fadiga● CURVA TENSÃO-
DEFORMAÇÃO CÍCLICA
● Materiais encruados amolecem
● Materiais recozidos encruam
● Em 10%-20% da vida útil
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O Fenômeno da Fadiga● CURVA TENSÃO-
DEFORMAÇÃO CÍCLICA
● Materiais encruados amolecem
● Materiais recozidos encruam
● Em 10%-20% da vida útil
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O Fenômeno da Fadiga● CURVA
TENSÃO-DEFORMAÇÃO CÍCLICA
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O Fenômeno da Fadiga● CURVA TENSÃO-DEFORMAÇÃO CÍCLICA
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Resistência à Fadiga dos Materiais● Ensaios de fadiga
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Resistência à Fadiga dos Materiais● Ensaios de fadiga: tensão alternante e tensão média
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Resistência à Fadiga dos Materiais● Ensaios de fadiga: resultado em forma gráfica, escala
logarítmica, baixa confiabilidade (dispersão)
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Resistência à Fadiga dos Materiais● Outros Ensaios de fadiga: tração-compressão,
torção cíclica ou flexão plana● Corpos pré-fissurados: propagação● Concentradores de tensão
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Resistência à Fadiga dos Materiais● Outros Ensaios de fadiga: cargas não senoidais,
reproduzir cargas reais
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Resistência à Fadiga dos Materiais● Ensaios de fadiga: corpo de prova
● Controle de qualidade alto – Normas ● Muitas variáveis: orientação do proc. De fabr., acabamento
superficial, dimensões, forma transversal, colinearidade dos eixos (corpo e carga), meio ambiente etc.
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Resistência à Fadiga dos Materiais● Resultados experimentais: Curva de Woehler (Tensão - Vida)
● Menor a Tensão cíclica → Maior a vida
● Ligas Ferrosas e de titânio: VIDA INFINITA → Tensão limite de fadiga sigma_f
● Ligas de aluminio e Magnésio: Tensão de resistência à fadiga sigma_N para vida N
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Resistência à Fadiga dos Materiais● Resultados experimentais: Curva de Woehler (Tensão –
Vida) – forma adimensional
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Resistência à Fadiga dos Materiais● Estimativa da Curva de Woehler (Tensão – Vida) –
sigma_F=limite de fadiga para Flexão rotativa
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Resistência à Fadiga dos Materiais● Estimativa da Curva de Woehler (Tensão – Vida) –
85%sigma_F=limite de fadiga para tração-compressão
57,7%sigma_F=limite de fadiga para torção alternante
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Resistência à Fadiga dos Materiais● Estimativa da Curva de Woehler (Tensão
– Vida)
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Resistência à Fadiga dos Materiais
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Resistência à Fadiga dos Materiais
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Resistência à Fadiga dos Materiais
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Resistência à Fadiga dos Materiais