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Falha por fadiga
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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
Disciplina: Projeto de MecanismosDisciplina: Projeto de Mecanismos
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.
Critérios de falha por fadiga – Método S-N
Disciplina: Projeto de MecanismosDisciplina: Projeto de Mecanismos
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
Critérios de falha por fadiga – Método S-N
Disciplina: Projeto de MecanismosDisciplina: Projeto de Mecanismos
Curva S-N em escala log – log tem o seguinte aspecto
Critérios de falha por fadiga – Método S-N
Disciplina: Projeto de MecanismosDisciplina: Projeto de Mecanismos
Fatores que influenciam a curva S-N
● Geometria● Frequência de aplicação de carga/Temperatura● Tensão média● Microestrutura● Dispersão estatística dos dados experimentais● Fatores ambientais
Critérios de falha por fadiga – Método S-N
Disciplina: Projeto de MecanismosDisciplina: Projeto de Mecanismos
Influencia da geometria
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Frequência de aplicação de carga/Temperatura
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Disciplina: Projeto de MecanismosDisciplina: Projeto de Mecanismos
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 ΄