Critérios de Falha Por Fadiga2

PROJETO DE MECANISMOS

Critérios de falha por fadiga

Método S-N

Disciplina: Projeto de Mecanismos

Definições das cargas cíclicas

Critérios de falha por fadiga – Método S-N

Disciplina: Projeto de MecanismosDisciplina: Projeto de Mecanismos

Ensaio de Fadiga – A tensão limite de resistência à fadiga pode ser determinada um ensaio de fadiga de flexão alternada, como indicado na figura.

Critérios de falha por fadiga – Método S-N

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Esquema da máquina de ensaios de flexão rotativa utilizada por Wöhler.

Os ensaios realizados por Wöhler para diferentes materiais, levaram-no a concluir que a tensão limite de resistência a fadiga decresce até um determinado número de ciclos e depois torna-se constante.

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Curva S-N típica obtida do ensaio de flexão rotativa em cdps (corpos de prova) de liga de AL.

O número de ciclos em escala logarítmica é melhor para a análise dos dados.

Limite de fadiga - Nível de amplitude de tensão abaixo do qual não ocorre falha por fadiga

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Curva S-N em escala log – log tem o seguinte aspecto

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Fatores que influenciam a curva S-N

● Geometria● Frequência de aplicação de carga/Temperatura● Tensão média● Microestrutura● Dispersão estatística dos dados experimentais● Fatores ambientais

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Influencia da geometria

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Frequência de aplicação de carga/Temperatura

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Influencia da Tensão Média

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Influencia da Microestrutura

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Influencia da Dispersão Estatística dos dados Experimentais

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Influencia Ambientais

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As curvas S-N podem ser expressas de duas formas

Estas equações representam os ajustes dos dados experimentais.

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)( fa NDLogC σCurva em escala linear-log

Curva em escala linear-logBfa ANσ

CURVA S-N - Aço 4340

100

1000

10000

1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04 1.E+05 1.E+06 1.E+07

Nf (ciclos)

σa (M

Pa)

Dados experimentaisCurva de ajuste

Curva de ajuste dos dados do Aço 4340.

Os valores de tensão vidas pequenas são irreais,

pois ultrapassam a tensão ultima do material

(1103MPA).

Influência da tensão médiaA partir das curvas S-N obtidas para diversos valores de tensão média sm, pode-se levantar um diagrama de vida constante, que expresse as tensões alternadas como função das tensões médias.

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Influência da tensão médiaO diagrama de vida constante pode ser normalizado em função da tensão alternada para

carregamento reverso onde R = -1, sm = 0 e sa = sar).

DIAGRAMA NORMALIZADO: os diversos dados de níveis de vida e tensão média são resumidos em um único diagrama..

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Influência da tensão médiaOs experimentais no diagrama normalizado mostra que todos os pontos experimentais, para diversas combinações de tensão média e amplitude de tensão se aproximam. Existem diversas maneiras de ajustar estes dados, dentre os quais destacam-se:Diagrama de GOODMAN: dados são ajustados por uma reta, que deve passar pelos

pontos (sm = 0, sa/ sar = 1) e (sm = su, sa/ sar = 0), onde su é a tensão última do

material. A tensão su corresponde a uma tensão média aplicada que leva à ruptura do material (caso extremo).

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1u

m

ar

a

σ

σ

σ

σ1

u

m

ar

a

σ

σ

σ

σ

Esta abordagem representa um bom ajuste

para materiais de baixa ductibilidade, porém

é não-conservativo para materiais

muito frágeis.

Influência da tensão média

Diagrama de SODERBERG: semelhante ao critério de Goodman, ao invés da tensão

última (ruptura) su utiliza a tensão de escoamento so (sm = 0, sa/ sar = 1) e (sm =

so, sa/ sar = 0)

OBS.: Para a grande maioria dos materiais a abordagem de Soderberg é a mais conservativa, incluindo os mais frágeis.

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10

m

ar

a

σ

σ

σ

σ

σ0

Influência da tensão média

Parâmetro de MORROW: baicamente é o critério de Goodman modificado, utiliza a

tensão verdadeira de ruptura s'f que considera a estricção ao invés de su.

OBS.: A abordagem de Morrow fornece um melhor ajuste para materiais dúcteis, inclusive na região de tensões médias compressivas.

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1΄

f

m

ar

a

σ

σ

σ

σ

fσ ΄