UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ

CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA

Disciplina: Mecânica da Fratura

Professor: Carlo Giuseppe Filippin

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Verão / 2011

ANÁLISE DE FALHA DE COMPONENTE MECÂNICO

1 Componente

Dois parafusos com diâmetro de 1″, rosca grossa (UNC, 8 fios por polegada), rosca parcial, oxidado negro, cabeça com sextavado interno. A superfície externa da cabeça encontra-se usinada, aparentemente para possibilitar ajuste em recesso para embutimento da cabeça, na peça onde o parafuso foi instalado. O material com o qual o parafuso foi construído, provavelmente, em função da geometria da cabeça, é de grau SAE 8 (equivalente a ASTM A490, anexa), ou seja, aço ligado temperado e revenido, com os seguintes valores típicos (ASTM):

Mínimo limite de resistência à tração 1100 MPa (160 kpsi)Mínimo limite de escoamento 896 MPa (130 kpsi)Mínima resistência de prova 827 MPa (120 kpsi)

2 Aplicação

O parafuso em análise estava aplicado no fechamento de molde de injeção de componente plástico automotivo.

3 Modelo físico típico

Uma união aparafusada é constituída de peças a unir e de um elemento de união, neste caso, um parafuso. O parafuso transpassa pelo menos uma das peças e é fixado em outra peça através de rosca triangular. Entre estas duas peças podem existir outras. A última peça pode, também, ser transpassada pelo parafuso, de modo que o parafuso é fixado, então, em uma porca. No caso em análise o parafuso é fixado em uma das peças da união.

Uma pré-carga é aplicada para que as peças sofram um carregamento inicial de compressão, possibilitando a absorção de cargas externas de tração. Cargas transversais também podem ser suportadas por parafusos, não ocorrendo neste caso. As cargas externas, atuando nas peças unidas, são absorvidas pela união para que o sistema se mantenha em equilíbrio. Estas cargas participam, então, de um sistema hiperestático, onde, em um modelo simplista, interpreta que cada filete absorve parte da carga, sofrendo deformações, elásticas em princípio, de modo que os filetes subseqüentes absorverão porções cada vez menores da carga. Em termos práticos, até o terceiro filete roscado há significativa absorção de cargas. Do quarto filete em diante as parcelas de carga absorvida são desprezáveis. A Figura 01 ilustra esta distribuição.

Figura 01: Distribuição de carga nos filetes de um parafuso. (Silva, P. S. C. P.)