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7/21/2019 T5 Introducao Fadiga 1
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FADIGA
Fenómeno de enfraquecimento progressivo e localizado de um material
quando este está submetido a cargas dinâmicas ou repetidas.
(causa principal da ruína de equipamentos mecânicos – 80 a 90% das peças sujeitas a cargas dinâmicas)
Solução:
− Desenvolvimento de materiais económicos possuindo a máxima resistência à fadiga− Desenvolvimento de métodos de concepção de cálculo e de construção de estruturas
sujeitas à fadiga− Desenvolvimento de métodos de controlo dos equipamentos sujeitos à fadiga
A quem interessa o estudo da fadiga
− Metalurgistas
− Projectistas− Engenheiros de Manutenção− Engenheiros de Produção(tanto ao nível do projecto como da produção e manutenção)
Caracterização do processo de fadiga:(Fases do processo)
Nucleação dafenda
CrescimentoMicroscópicoda(s) fenda(s)
Propagação da(s)fenda(s)
RoturaFinal
duração à fadiga
período de propagação período de iniciação
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Fadiga (definição segundo a ASTM)
“Fadiga é um processo de alteração estrutural permanente, progressivo e localizado, que
ocorre num material sujeito a condições que produzem tensões ou extensões dinâmicasnum ponto ou em vários pontos, e que pode culminar em fendas ou numa fracturacompleta após um número suficiente de variações de carga”.
Progressivo – O processo de fadiga se verificou durante um certo período de tempo ouuso.Localizado – Dá-se em pequenas áreas em vez de em toda a peça
Duração de uma peça à fadiga
É geral expressa em números de ciclos P I R N N N +=
- Número de nucleação + ciclos de iniciação da fenda I N
P N - Numero de ciclos de propagação
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Descrição do processo de fadiga:
Iniciação de uma fissura por fadiga
- Verifica-se normalmente à superfície- A concentração de tensões é máxima.- Os cristais da superfície beneficiam menos de apoio mútuo que os do interior.- É na superfície que se verifica o possível detrimento do meio ambiente.
- As microfendas podem ser várias combinando-se, depois, numa fenda principal.
Uma vez iniciada a fenda, a fadiga dá-se em 3 fases
Crescimento Microscópico da fenda
- Dá-se a 45º relativamente à direcção de solicitação (corresponde à propagação em planos sujeitos a elevados valores de tensão de corte).
- O crescimento é muito lento e envolve uma distância de apenas alguns grãos.
Propagação da fenda
- Envolve o crescimento de uma fenda bem definida segundo um plano em que atensão normal é máxima.
- O crescimento é mais rápido. Função da amplitude do F.I.T..- Surgem estrias na superfície de fractura. Especialmente em materiais dúcteis.
Rotura Final
- Atingido um valor crítico do comprimento da fissura, ac dá-se a rotura instável final.
- A secção transversal remanescente não suporta a carga aplicada.- Pode apresentar características dúcteis ou frágeis, consoante o material e o nível detensões aplicadas.
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Propagação microscópica e transcristalina
Tipos de fendas na fase I (crescimento microscópico)
Transcristalinas – Propagam-se através do grão- Mais frequente
Intercristalinas – Propagam-se por entre os limites de grão
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Tipos de fendas na fase II (crescimento macroscópico)
Mecanismos mais vulgares
Esquerda – Estriação dúctil ou frágil- Ocorre em materiais dúcteis, K ∆ intermédios- Mais frequente e muito importante.- Observáveis com ampliações entre 1000 a 50 000 vezes.
Centro – Coalescência de microcavidades- Mais frequente em materiais dúcteis e K ∆ ’s elevados.
Direita – Microclivagem- Ocorre mais em materiais frágeis ou de alta resistência e K ∆ baixos
Forma como propaga uma fenda
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- Tanto as linhas de paragem como as linhas radiais permitem identificar o ponto deiniciação da fenda. Elemento fundamental na eventual acção correctiva.
- As superfícies de fractura tem um aspecto do tipo “frágil” sem sinais de deformação plástica a nível macroscópico.
- Pela superfície de fractura é possível saber qual foi a tensão nominal antes dafractura.
- A transição 90º para 45º dá-se por volta dos m MPa10 para os alumínios e m MPa30 para os aços.
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Morfologia das superfícies de fractura por fadiga
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Ciclos de tensão de fadiga e seus parâmetros
Ciclos de tensão em fadiga
Ciclos de amplitude constante:− Alternado− Repetido ou Pulsante ( 0
min=σ )
− Ondulada
Amplitude variável
− Blocos− Irregular ou aleatório
Tipos de onda- Sinusoidal- Trapezoidal- Triangular- Quadrada
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Notação utilizada
- Frequênciat
Nf = [ciclos/Seg].
- Tensão média2
minmaxm
σ+σ=σ
- Amplitude de tensão ou tensão alternada2
minmaxa
σ−σ=σ
- Gama de tensões minmax σ−σ=σ∆
- Razão de tensõesmax
minR σ
σ=
Ciclo alternado puro: 1R −= ; Ciclo pulsante: 0R =
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