APS - Ensaio de fadiga

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Universidade Paulista
MÁQUINA DE ENSAIO DE FADIGA POR FLEXÃO ROTATIVA
São Paulo
2021
IGOR AUGUSTO CUSTODIO ORTEGA – N408375
GABRIEL VIEIRA FERREIRA – N393CB2
GUSTAVO DE FRANCO – F080048
HENRIQUE GONÇALVES FERNANDES – D996CG7
LEONARDO CAMPIONI ANDRADE – N532335
RAPHAEL DAMOIA CELESTINO – N521BD0
MÁQUINA DE ENSAIO DE FADIGA POR FLEXÃO ROTATIVA
Objetivo do trabalho consiste em desenvolver uma máquina de ensaio de fadiga por flexão rotativa para o entendimento da importância do limite de fadiga dos materiais.
São Paulo
2021
Resumo
Esse trabalho tem como finalidade o desenvolvimento de uma máquina de ensaio de fadiga por flexão rotativa, para estudo da importância do limite de fadiga dos materiais. A partir da observação de que, a fadiga em elementos de máquina representa de 70% a 90% dos custos decorrentes das falhas em elementos de máquinas e da necessidade de se ter uma máquina de ensaio, para estudos mais aprofundados, acerca das causas e efeitos das falhas de fadiga, verificou-se a necessidade de se construir tal máquina. Para tanto seguiu-se o modelo desenvolvido por R.R. Moore, o mais comumente empregado para a realização de tais ensaios. Os resultados dos testes serão obtidos no próximo semestre, com a construção do projeto. A fim de comprovar que as falhas ocorridas por fadiga são comuns na indústria e que o desenvolvimento de máquinas de ensaio é de grande utilidade para os graduandos em engenharia mecânica. Com isso conclui-se que o planejamento, desenvolvimento e construção de uma máquina de fadiga de flexão rotativa será fundamental para o correto aprendizado das disciplinas de ciência dos materiais, resistência dos materiais entre outras.
Indíce
Resumo	3
Resumo	5
Lista de ilustrações	6
1.	INTRODUÇÃO	4
2.	OBJETIVO	5
3.	fundamentação teórica	6
4.	Materiais e métodos	7
5.	Anexos	8
5.1. Esquema elétrico e eletrônico	8
5.2. Listagem de códigos de programação	8
6.	Apêndice	9
6.1. Desenhos e detalhamento do projeto	9
6.1.1 Corpo de prova	9
7.	Considerações	12
8.	referencias bibliografica	13
Lista de ilustrações
Figura 1 - esquema de funcionamento da máquina de R.R Moore de flexão rotativa...6
Figura 2 - Curvas S-N de dois materiais distintos, aço 1045 e alumínio 2014-T6.........7
Figura 3 - 
1. INTRODUÇÃO
O ensaio de fadiga consiste por sua vez, demonstrar sobre aplicação de cargas, deformações, que geralmente são senoidais, aplicando em um componente ou corpo de prova padrão. 
Em decorrência do especificado, desejando obter a vida ou resistência em fadiga (limite em fadiga), determina-se a capacidade de um material de suportar a estes carregamentos em ciclos. 
Fadiga mecânica é o processo que encontra a falha mecânica, causado por um carregamento alternado, de variáveis cargas, colocando-a em estática, de modo que leva a ruptura mecânica do material.
2. OBJETIVO
Temos como intuito e foco principal o objetivo neste trabalho, observar os maiores causadores de falhas mecânicas sendo estas as fadigas que caracterizam pela geração de uma espécie de trinca no produto, causada por esforços repetidos e variados em cima de tal. Estes testes são realizados por máquinas de ensaios mecânicos, porém, esses maquinários, muitas das vezes tem um preço de mercado muito elevado e de difícil acesso para empresas de porte pequeno que se desejam "Startar", nesse meio.
Temos como meio desenvolver um maquinário de ensaios de fadiga, desenvolvido em formato CAD, para um devido dimensionamento e performance e aquisição de dados.
A máquina consiste em realizar o teste para que exerça tensões de flexão no corpo de prova e girando até 10.000 Rpm, conforme desejada ou requerida pelo projeto.
3. fundamentação teórica
Em 1837 Wilhelm Albert, que era funcionário do setor de minas, observou falhas em correntes transportadoras que eram utilizadas na mineração, depois de um período de estudos obteve resultados que fazem parte do primeiro ensaio de fadiga reconhecido. Até então, não existia no meio da mecânica um nome dado ao desgaste de materiais que se tornam mais frágeis ao serem expostas a cargas durante certo período, desde então é utilizado o termo “fadiga”.
No início do século XIX esse estudo cresceu, pois era utilizado para verificar falhas em vagões ferroviários que eram recorrentes na época.
Estes eixos haviam sido projetados e fabricados com todo o conhecimento disponível na época, porém estes conhecimentos se baseavam apenas em tensões estáticas, e mesmo sendo confeccionados em material dúctil, os eixos apresentavam fratura repentina e de aparência frágil. Este período foi de extrema importância para os estudos no campo da fadiga, pois foi o marco inicial para a análise de carregamentos dinâmicos aplicados no decorrer do tempo
Apesar de ter desencadeado o estudo da fadiga Wilhelm Albert baseava-se apenas em tensões estáticas e os eixos seguiam frágeis e sofrendo fraturas, com o objetivo de saber o motivo de tamanha fragilidade, August Wohler, engenheiro alemão, fez testes alternando a carga nos vagões até que falhassem, assim ele descobriu que os ciclos de tensão nos quais o material estava exposto ao longo do tempo eram os responsáveis pelos movimentos. A partir das pesquisar de Wohler descobriram que havia uma tensão limite de resistência a fadiga em aços, então se tornou possível definir uma tensão que os eixos poderiam resistir a milhões de ciclos de tensão alternada. Nesse estudo surgiu o diagrama conhecido como curva de wohler, que é utilizado até hoje em estudos de metais.
Baseada no princípio de um eixo giratório, essa teoria utiliza um corpo de prova (CP) que funciona como uma viga simples sofrendo carregamento simétrico em dois pontos. Quando girado metade da revolução, as tensões nas fibras originalmente abaixo da linha neutra do CP são revertidas de tração para compressão e vice-versa. Ao completar a revolução, as tensões são novamente revertidas para que, durante uma revolução, o corpo de prova passe por um ciclo completo de esforço fletor (tração e compressão).
Figura 1- esquema de funcionamento da máquina de R.R Moore de flexão rotativa
Após grande número de revoluções, informado por um contador, a amostra sofre ruptura em função da fadiga, sendo possível traçar uma curva de limite de fadiga em tensão de flexão rotativa em função do número de ciclos, denominada curva S-N. Os aços possuem um limite de tensão fletora abaixo do qual o número de ciclos antes da ruptura é indefinido, é muito grande, como ocorre abaixo de 300 MPa para o aço 1045. Para os alumínios não vemos tal comportamento linear, temos a curva característica abaixo:
Figura 2- Curvas S-N de dois materiais distintos, aço 1045 e alumínio 2014-T6
4. Materiais e métodos
Após extensa revisão bibliográfica e com base no modelo de R.R. Moore foi elaborado um primeiro esboço da máquina, utilizando software Solidworks, conforme as figuras 
5. Anexos
5.1. Esquema elétrico e eletrônico
5.2. Listagem de códigos de programação
6. Apêndice
6.1. Desenhos e detalhamento do projeto
6.1.1 Corpo de prova
O corpo de prova utilizado para os ensaios consiste em um comprimento útil com o formato conforme a figura x ligado aos mandris por extensões cilíndricas nas extremidades do comprimento útil.
 Figura x
O estudo da tensão de flexão atuante sobre o corpo de prova é relevante ao projeto por determinar as condições sob as quais o mesmo é ensaiado. A tensão de flexão (σf ) é dada pela equação: 
Onde M é o momento fletor, I é o momento de inércia de área da seção transversal e y é a posição relativa ao eixo neutro. De forma similar, a tensão máxima (σmáx) é dada pela equação: 
Onde C é a maior distância onde σmáx atua, tomada perpendicularmente em relação ao eixo neutro. Em conformidade com a ASTM E466-15, o corpo de prova utilizado para o projeto possui o perfil representado pela figura.
Figura x
6.2. Memorial descritivo e de cálculo
6.3. Custos de fabricação
Os valores expressosna planilha, são apenas uma estimativa de valores, podendo sofrer alterações ao longo do projeto. De acordo com a variação de preços com o tempo.
	CUSTOS DO PROJETO (Valor estimado)
	 
	 
	Descrição
	Quantidade
	Valor (R$)
	Serviço de fabricação de bancada
	1
	1.500,00
	Motor elétrico
	1
	1.200,00
	Mancais
	4
	300
	Parafusos Diversos
	-
	100
	Materiais diversos para construção da máquina
	-
	500
	Custos de elaboração do projeto
	-
	30
	Contador de voltas
	1
	149,9
	Total
	 
	3.779,90
7. Considerações
Finalizado o processo de construção e elaboração de uma máquina para realização do ensaio de fadiga por flexão rotativa, a partir de um circuito cinético (mecânico), e eletromagnético com fundamento na utilização de um corpo de prova, como o solicitado deveriam ser gerados os relatórios da curva S-N., funcionado em perfeita ordem seguindo os parâmetros solicitados na construção. Diante do especificado, dotados de intelecto e de consciência, devendo agir com respeito ao manual de construções, sendo assim, foram gerados a partir do circuito integrado associado no desenvolvimento do ensaio. Contudo a demanda de equipamentos estabelecidos influenciou para a obtenção deste resultado.
É de vital importância salientar, o resultado será obtido com o auxílio de medição a tensão pelo número de ciclos, ou também conhecida curva S-N, a partir das análises feitas podemos concluir que o projeto poderá ter melhorias, como por exemplo a forma do corpo de prova, destinação de cargas aplicadas, obtendo o menor ângulo possível para que pudesse ter uma eficiência melhor no momento da movimentação do circuito.
Neste trabalho abordamos os assuntos citados, em vista dos argumentos apresentados, será desenvolvida utilizando, em geral, o ensaio é realizado em cerca de 10 corpos de prova, para cada um dos diversos níveis de tensão.
σ=F/A
Por sua vez foi elaborado virtualmente, utilizamos o SolidWorks, Revit para Engenheiros, entre outros, fizemos a devidas associações para que dessa forma fosse possível gerar os resultados do ensaio a partir da formula citada acima, onde foram apresentados os seguintes parâmetros de construção (Anexo § X.X ).
Depois da execução, chegamos então à obtenção de alguns resultados gerados a partir do mecanismo transformando flexão dos corpos de prova, contudo durante a concepção do projeto foi constatado algumas indevidas falhas adquiridas, como menção a criação dos corpos de prova, durante a execução fora realizado a conferência de todo o projeto inclusive o resultado esperado.
Como pesquisadores visamos obter melhoras para o protótipo inicial, doravante de ideias dotados de criatividades para inovação tivemos opções para a criação de um novo formato de projeto e diagrama elétrico para a melhor obtenção de dados como fundamento da tensão produzida, por outro lado, um novo método para a obtenção, automação do processo usando um Arduino (Genuíno UNO), onde seria programada para temporizar, e contar com auxílio de um display LCD, os ciclos, por exemplo plantas durante o período estabelecido, a placa do Arduino seria acoplada com uma módulo de bluetooth para haver a possibilidade de acionamento via Wi-Fi (Rede móvel sem fio), não foi possível a conclusão das inovações citadas, por conta de fatores como prazo, teste e custo.
Em consequência, isto posto a medida dos frutos consagrados, vemos que os mesmos poderão ser analisados em decorrência do relatado aqui, a maneira que foi finalizado o processo repercute na relutância desse projeto, ao que se refere na mudança e reformulação do sistema para a integridade de um todo como forma de melhoria dele.
8. referencias bibliográfica
MEGGIOLARO, Marco Antonio e CASTRO, Jaime T. P. Fadiga - Técnicas e Práticas de Dimensionamento Estrutural sob Cargas Reais de Serviço: Volume I – Iniciação de Trincas, set. 2009.
MEGGIOLARO, Marco Antonio e CASTRO, Jaime T. P. Fadiga - Técnicas e Práticas de Dimensionamento Estrutural sob Cargas Reais de Serviço: Volume II - Propagação de Trincas, Efeitos Térmicos e Estocásticos, v.2, p. 1-280, set. 2009.
https://vextec.com/brief-history-fatigue-research-part-3-20th-century-wwii/
https://ao.mihalicdictionary.org/wiki/Fatigue_(material)
https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsta.1903.0006
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