[Ensaios Destrutivos e Não Destrutivos ] Aula 12 - Ensaio de Fadiga

[Ensaios Destrutivos e Não Destrutivos ] Aula 12 - Ensaio de Fadiga

(Parte 1 de 4)

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Introdução

Em condições normais de uso, os produtos devem sofrer esforços abaixo do limite de proporcionalidade, ou limite elástico, que corresponde à tensão máxima que o material pode suportar.

Em geral, os fabricantes especificam o produto para suportar esforços acima desse limite, ensaiam os materiais, controlam o processo de produção e tomam todos os cuidados para que o produto não apresente qualquer problema.

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Introdução

Apesar de todas essas precauções, é possível que, após algum tempo de uso normal, de repente, sem aviso prévio e sem motivo aparente, o produto simplesmente venha a falhar, deixando o usuário na mão.

Essa falha é típica de um fenômeno chamado fadiga, que é o assunto desta aula.

Será visto o que é fadiga, como se determina a resistência à fadiga, como são apresentados os resultados deste ensaio, que fatores influenciam a resistência dos metais à fadiga e o que pode ser feito para melhorar essa resistência.

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

A Fadiga

Você já sabe que toda máquina é constituída por um conjunto de componentes.

No uso normal, nunca ocorre de todos os componentes falharem ao mesmo tempo. Isso porque cada um tem características próprias, uma das quais é o tempo de vida útil esperado.

O ensaio de resistência à fadiga é um meio de especificar limites de tensão e de tempo de uso de uma peça ou elemento de máquina.

É utilizado também para definir aplicações de materiais.

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Aplicações

É sempre preferível ensaiar a própria peça, feita em condições normais de produção.

Molas, barras de torção, rodas de automóveis, pontas de eixo etc. são exemplos de produtos normalmente submetidos a ensaio de fadiga.

Quando não é possível o ensaio no próprio produto, ou se deseja comparar materiais, o ensaio é feito em corpos de prova padronizados.

Trem de Pouso de aeronave sendo submetido a ensaio de Fadiga.

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Aplicações

Aeronave Boeing 787 com carcaça estrutura sendo submetida a ensaio de fadiga:

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As Falhas por Fadiga

Eventualmente, ocorrem falhas em peças e equipamentos submetidos a carga inferior à carga máxima suportada pelo material, devido a solicitações cíclicas repetidas.

A ruptura por fadiga começa a partir de uma trinca (nucleação) ou pequena falha superficial, que se propaga ampliando seu tamanho, devido às solicitações cíclicas.

Quando a trinca aumenta de tamanho, o suficiente para que o restante do material não suporte mais o esforço que está sendo aplicado, a peça se rompe repentinamente.

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Região da Fratura

A fratura por fadiga é típica: geralmente apresenta-se fibrosa na região da propagação da trinca e cristalina na região da ruptura repentina.

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Região da Fratura

Você pode observar aproximadamente o que acontece na fadiga, dobrando repetidamente um pedaço de arame de aço.

Após dobrar algumas vezes, se você observar atentamente, notará algumas pequenas trincas.

Se continuar dobrando, observará que a trinca aumenta de tamanho até ocorrer a ruptura do arame.

O estudo da fadiga é importante porque a grande maioria das falhas de componentes de máquinas, em serviço, se deve à fadiga.

E a ruptura por fadiga ocorre sem nenhum aviso prévio, ou seja, num dado momento a máquina está funcionando perfeitamente e, no instante seguinte, ela falha.

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Tensões Cíclicas

Na definição de fadiga, destacou-se que ela se deve a esforços cíclicos repetidos.

De maneira geral, peças sujeitas a fadiga estão submetidas a esforços que se repetem com regularidade. Trata-se das tensões cíclicas.

A tensão cíclica mais comum é caracterizada por uma função senoidal, onde os valores de tensão são representados no eixo das ordenadas e o número de ciclos no eixo das abscissas.

As tensões de tração são representadas como positivas e as tensões de compressão como negativas.

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Tensões Cíclicas

A figura a seguir apresenta três tipos de ciclos de tensão.

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Tensões Cíclicas

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