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

O Fenômeno da Fadiga

● Causa de falha mais comum (50%-90%)● Normalmente falha súbita

O Fenômeno da Fadiga

● Maioria das cargas variam no tempo● Normalmente falha súbita ● Gama ampla de ciclos (10-10^8 ciclos)

O Fenômeno da Fadiga

● Exemplo: reservatório pressurizado. Drenagem a cada 2 meses, vida útil de 10-20 anos → 60-120 ciclos

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

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

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

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

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

O Fenômeno da Fadiga

● Estágio I● Reentrâncias

superficiais: extrusões

● Concentradores de tensão → microtrincas

O Fenômeno da Fadiga

● Estágio II● Trinca aumenta● Propagação

perpendicular às tensões

● 30% da vida útil

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

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

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.

O Fenômeno da Fadiga● CURVA TENSÃO-

DEFORMAÇÃO CÍCLICA

● Materiais encruados amolecem

● Materiais recozidos encruam

● Em 10%-20% da vida útil

O Fenômeno da Fadiga● CURVA TENSÃO-

DEFORMAÇÃO CÍCLICA

● Materiais encruados amolecem

● Materiais recozidos encruam

● Em 10%-20% da vida útil

O Fenômeno da Fadiga● CURVA

TENSÃO-DEFORMAÇÃO CÍCLICA

O Fenômeno da Fadiga● CURVA TENSÃO-DEFORMAÇÃO CÍCLICA

Resistência à Fadiga dos Materiais● Ensaios de fadiga

Resistência à Fadiga dos Materiais● Ensaios de fadiga: tensão alternante e tensão média

Resistência à Fadiga dos Materiais● Ensaios de fadiga: resultado em forma gráfica, escala

logarítmica, baixa confiabilidade (dispersão)

Resistência à Fadiga dos Materiais● Outros Ensaios de fadiga: tração-compressão,

torção cíclica ou flexão plana● Corpos pré-fissurados: propagação● Concentradores de tensão

Resistência à Fadiga dos Materiais● Outros Ensaios de fadiga: cargas não senoidais,

reproduzir cargas reais

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.

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

Resistência à Fadiga dos Materiais● Resultados experimentais: Curva de Woehler (Tensão –

Vida) – forma adimensional

Resistência à Fadiga dos Materiais● Estimativa da Curva de Woehler (Tensão – Vida) –

sigma_F=limite de fadiga para Flexão rotativa

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

Resistência à Fadiga dos Materiais● Estimativa da Curva de Woehler (Tensão

– Vida)

Resistência à Fadiga dos Materiais

Resistência à Fadiga dos Materiais

Resistência à Fadiga dos Materiais

Resistência à Fadiga dos Materiais

Resistência à Fadiga dos Materiais