Tema 3 - Fratura por fadiga Execício

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B
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�VUNESP� HC�UFU �  2020 � Adaptado).
  A mecânica da fratura visa estudar as
principais causas de falhas em estruturas
e componentes de um sistema mecânico,
essenciais para dimensionamento e
manutenção. Sobre o conceito de falha
por fadiga, é correto afirmar que:
acabamentos superficiais e
concentração de tensões podem
influenciar.
normalmente está associada a
cargas invariáveis com o tempo,
porém muito elevadas.
Questão 1 de 10
Em branco �10�
1 2 3 4 5
6 7 8 9 10
Exercicio Fratura Por Fadiga Sair
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C
D
E
normalmente está associada a
cargas estáticas, porém de
grande intensidade.
ocorre somente quando o esforço
aplicado é superior ao previsto,
devido a um impacto, por
exemplo.
não pode ser evitada.
Questão não respondida
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Gabarito Comentado
A falha por fadiga é tipicamente
associada a esforços cíclicos. Assim,
peças nessas condições de
carregamento podem falhar devido à
fadiga. Em regra, a fratura por fadiga
ocorre com atuação de valores bem
inferiores aos determinados em outros
ensaios. Dentre vários fatores que
¿aceleram¿ a vida em fadiga, estão as
trincas superficiais que concentram
tensões.  As ligas ferrosas apresentam
o limite de resistência à fadiga, ou
seja, tensões abaixo desse valor não
levam o componente a falhar por
fadiga.
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2 Marcar para revisão
O ensaio de fadiga é realizado com um
corpo de prova padronizado tendo como
resposta a curva de Wöhler. Uma
propriedade que é possível determinar
para as ligas ferrosas é o limite de
resistência à fadiga. Porém, a propriedade
determinada está associada ao corpo de
prova e não a um componente mecânico.
Assim, devem ser feitos ajustes no limite
para o dimensionamento do componente.
Sobre esse assunto são feitas as
seguintes afirmativas:
I� O limite de resistência à fadiga de um
componente é σ'RF= ka.kb.kc.kd.ke.
σRF', em que σ'RF'  é o limite de
resistência à fadiga do CP e ki
 maior que um;
I� Um dos fatores de correção para o limite
de resistência à fadiga de um
componente relaciona-se com o
acabamento superficial da peça;
I� A temperatura não influencia na variação
do limite de resistência à fadiga, visto
que o fenômeno da fluência anula esse
efeito, Logo, não existe um fator de
correção relacionado à temperatura.
São corretas:
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A
B
C
D
E
Apenas a afirmativa I
Apenas a afirmativa II
Apenas a afirmativa III
Apenas as afirmativas I e II
Apenas as afirmativas II e III
Questão não respondida
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Gabarito Comentado
Os ensaios de fadiga em corpos de
prova são realizados sob condições
particulares que, via de regra, não se
repetem nos componentes, em
serviço. Dessa forma, fatores de
correção são utilizados, como os
relacionados à superfície, ao tamanho,
à temperatura etc. Esses fatores são
menores ou iguais a um. O fator de
correção relacionado à temperatura é
igual a um para temperatura até
450°C, porém para temperaturas
maiores, a seguinte expressão é
utilizada kd=1�0,058.T�450.
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A
B
C
D
E
3 Marcar para revisão
As fraturas por fadiga correspondem a um
grande percentual das falhas em
componentes mecânico submetidos a um
ciclo de tensões. Sob uma variação
, ensaios não destrutivos
foram realizados mostrando uma trinca
superficial com aproximadamente 1 mm.
Supondo que a tenacidade da fratura do
material é  e o fator Y
= 1, determine a vida útil em fadiga.
Dados: parâmetros para a Lei de Paris m �
3 e C � 10 . 
Δσ = 120MPa
KIC = 30MPa√m
�12
1,2 � 10  ciclos6
2,0  � 10  ciclos6
3,2 � 10  ciclos6
4,0 �  10  ciclos6
5,1 � 10  ciclos6
Questão não respondida
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Gabarito Comentado
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4 Marcar para revisão
�CESGRANRIO �  2011 � Adaptada). Danos
por fadiga ocorrem em componentes e
estruturas submetidas a tensões que
sofrem variações cíclicas, sendo possível,
assim, a ocorrência de falha em níveis de
tensão abaixo do limite de escoamento do
material. Sobre falhas de materiais por
fadiga, afirma-se que:
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A
B
C
D
E
Os metais metálicos fraturam por
fadiga quando essas são de alto
ciclo.
Entalhes nas superfícies de
componentes agem como
concentradores locais de tensão,
e quanto maior o arredondamento
de sua raiz, maior a concentração
de tensões.
Falhas por fadiga de alto ciclo
ocorrem após um pico de tensão
que leva a alta deformação
plástica do material.
As falhas por fadiga de baixo ciclo
são explicadas pela atuação
tensões de elevados níveis.
A fadiga de baixo ciclo é
usualmente representada pela
curva de Wöhler, para
probabilidades constantes de
ocorrência da fratura.
Questão não respondida
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Gabarito Comentado
Os metais podem apresentar vida
finita ou infinita. Ligas ferrosas, de
titânio e de molibdênio apresentam
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limite de resistência à fadiga, ou seja,
abaixo desse valor de tensão a falha
por fadiga não ocorre,
independentemente do número de
ciclos. Entalhes são concentradores
em que quanto menos arredondados
mais severos são. A fadiga por alto
ciclo está associada a deformações
elásticas que tornam o nível de tensão
local baixo, enquanto nas de baixo
ciclo, as deformações plásticas são
predominantes, elevando o nível de
tensão local. Na fadiga de baixo ciclo
é usual a curva deformação versus
tempo. A curva de Wöhler apresenta a
tensão ao longo do número de ciclos.
5 Marcar para revisão
A mecânica de fratura é uma ferramenta
desenvolvida durante o século XX e tem
grande aplicação em dimensionamentos
em engenharia. O gráfico seguir
apresenta, em escala log-log, a curva 
 versus ΔK de propagação de uma trinca. 
da
dN
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A
B
C
D
E
Fonte: CEBRASPE � CESPE � 2004 �
Engenharia de Equipamentos.
O fenômeno associado a essa curva está
corretamente descrito na opção:
Aplicada ao fenômeno da fadiga,
ou seja, para carregamentos
cíclicos.
Aplicada ao fenômeno da fluência,
isto é, para temperaturas altas e
tensão constante.
Aplicada ao fenômeno do
escoamentonítido, indicado pela
região II, no ensaio de tração
uniaxial.
Aplicada ao fenômeno da fadiga,
ou seja, para carregamentos
estático entre as tensões de
escoamento e de ruptura.
Aplicada ao fenômeno da fluência,
isto é, para temperaturas altas e
tensão cíclicas.
Questão não respondida
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Gabarito Comentado
O fenômeno da fadiga está associado
a esforços cíclicos enquanto o da
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fluência relaciona-se a tensões
constantes e altas temperaturas. A
velocidade de propagação da trinca
da/dN é um dos interesses dos
projetos para definir a vida útil do
componente. A curva apresentada é
típica para os fenômenos de fadiga,
sendo o estágio II utilizado, junto com
a lei de Paris, para encontrar o número
de ciclos até a ruptura. O escoamento
nítido é um fenômeno observado no
ensaio de tração (gráfico tensão
versus deformação).
6 Marcar para revisão
A mecânica da fratura visa estudar as
principais causas de falhas em estruturas
e componentes de um sistema mecânico,
essenciais para dimensionamento e
manutenção. A imagem a seguir apresenta
um gráfico tensão versus deformação.
Fonte: DIETER, G.E., Metalurgia Mecânica.
2a ed. Guanabara Dois, 1981, p.351.
O carregamento cíclico inicia-se a partir
de O, passando pelo ponto A e chegando
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A
B
C
D
E
em B. Essa é a fase de carregamento de
um componente. Na sequência ocorre o
descarregamento. Nota-se o escoamento
a uma tensão menor (de compressão)
mostrada em C. O carregamento posterior
dá origem a figura mostrada na imagem,
cujo nome é:
Encruamento
Escoamento nítido
Laço de histerese
Linha de Bauschinger
Curvas de Lüders
Questão não respondida
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Gabarito Comentado
O gráfico tensão versus deformação
apresentado na forma de um laço
fechado é denominado de histerese.
Contudo, laços de histereses
acontecem, por exemplo para
propriedades magnéticas, não sendo
exclusividade da mecânica.
Encruamento é o ¿endurecimento¿ de
um metal pela deformação plástica.
Escoamento nítido é percebido em
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gráficos tensão deformação dos
ensaios de tração, assim como as
linhas de Lüders. O efeito Bauschinger
é fenômeno em metais associado a
condições de carregamento,
ocorrendo a diminuição do limite de
escoamento. Percebe-se no gráfico da
figura, mas a figura tem o nome de
laço de histerese.
7 Marcar para revisão
A fratura por fadiga é fundamental para os
engenheiros pois são cerca de 50 a 90%
dos casos de falhas em estrutura ou
componentes mecânicos. O ensaio de
fadiga apresenta dispersão de valores
devido a vários fatores, dentre os quais
podemos citar os metalúrgicos. A imagem
a seguir apresenta os dados do ensaio de
fadiga associados à probabilidade de
ocorrência da falha.
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A
B
C
D
E
Fonte: GARCIA, A., SPIM, J.A., DOS
SANTOS, C.A. Ensaios dos Materiais. 2a
ed. RJ, LTC, 2017, p.226.
Suponha que 400 corpos de prova foram
ensaiados sob uma tensão cíclica σ1.
Dessa forma, espera-se que x CPs falhem
com número de ciclos N1. O valor de x é:
1
2
3
4
5
Questão não respondida
Opa! A alternativa correta é a letra
D. Confira o gabarito comentado!
Gabarito Comentado
A partir do gráfico apresentado na
questão, um corpo de prova
submetido a tensão igual a σ1 tem 1%
de probabilidade de falhar com N
ciclos. Portanto, para 400 corpos de
prova ensaiados, é esperada a falha
de 0,01 � 400 � 4 CPs. 
1
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A
B
C
D
E
8 Marcar para revisão
As fraturas por fadiga correspondem a um
grande percentual das falhas em
componentes mecânico submetidos a um
ciclo de tensões, mesmo quando os
valores são menores que os determinados
em ensaios estáticos (tração uniaxial),
como a tensão de ruptura. Uma das
filosofias de projeto é a determinação da
vida útil do componente. Para isso é
utilizada uma relação matemática que
define a derivada temporal do
comprimento da trinca. É usual a utilização
da Lei de Paris, cuja expressão é dada por:


= KICC. (ΔK)
mda
dN


= C. (ΔK)
mda
dN


= KICC. (1K)
mda
dN


= KICC. (Δ1K)
mda
dN


= ΔKICC. (Δ1K)
mda
dN
Questão não respondida
Opa! A alternativa correta é a letra
B. Confira o gabarito comentado!
Gabarito Comentado
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A Lei de Paris foi uma das primeiras a
descrever a taxa de deformação do
crescimento de uma trinca e sua
expressão é dada por 
 em que C e m
dependem do material.
=  C. (ΔK)
mda
dN
9 Marcar para revisão
�FUNDATEC �  SPGG �  2022 � Adaptada).
A fratura por fadiga é fundamental para os
engenheiros pois são cerca de 50 a 90%
dos casos de falhas em estrutura ou
componentes mecânicos. O gráfico da
imagem a seguir apresenta famílias de
curvas S�N para diversas probabilidades
de ruptura:
Fonte: FUNDATEC � SPGG � RS � 2022
- Analista Engenheiro � Engenharia
Mecânica.
Para uma tensão máxima de 28 kgf/mm ,
50 % dos corpos de prova se romperiam
com um número de ciclos superior a:
2
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A
B
C
D
E
10 ciclos.3
10 ciclos.4
10 ciclos.5
10 ciclos.6
10 ciclos.7
Questão não respondida
Opa! A alternativa correta é a letra
D. Confira o gabarito comentado!
Gabarito Comentado
O ensaio de tensão apresenta grande
dispersão nos valores e, por isso,
muitas vezes utiliza-se argumentos
probabilísticos na curva tensão versus
deformação. Em linhas gerais, existem
curva associadas à probabilidade de
ruptura. O enunciado refere-se a uma
tensão de 28 kgf/mm e probabilidade
de 50 % (p � 0,50�. O gráfico, a partir
de 28, traça-se uma reta horizontal
até encontrar a curva associada a p �
0,50. Na sequência, uma vertical é
traçada até encontrar o eixo do
número de ciclos. No caso
apresentado, o valor é superior a 10
ciclos..
2
6
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A
B
C
10 Marcar para revisão
�Marinha �  SSPM �  2019 �  Adaptada). A
mecânica da fratura visa estudar as
principais causas de falhas em estruturas
e componentes de um sistema mecânico,
essenciais para dimensionamento e
manutenção. Na fabricação de feixes de
molas utilizadas em caminhões e ônibus, é
comum o jateamento do tipo shot peening
sobre a superfície da peça antes da
pintura. Do ponto de vista da prevenção
da fadiga, qual a função principal dessa
técnica?
Fechar eventuais trincas e poros
abertos na superfície de forma
que não consigam evoluir para
uma trinca de fadiga.
Criar uma camada de dureza
elevada na superfície, deixando-a
imune à ação do repique de
pedras durante a rodagem.
Limpar a superfície, deixando-a
lisa e preparadapara receber a
pintura.
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D
E
Induzir tensões compressivas
superficiais para minimizar
tensões de tração quando a mola
está em serviço.
Fazer uma decapagem superficial
eliminado eventuais trincas
superficiais e melhorando o
acabamento superficial, o que
aumentará a vida em fadiga.
Questão não respondida
Opa! A alternativa correta é a letra
D. Confira o gabarito comentado!
Gabarito Comentado
Componentes mecânicos sujeitos a
carregamentos cíclicos, como os
elemento de suspensão automotiva,
estão sujeitos à fadiga cujos estágios
são a nucleação das trincas, em geral
superficiais, a propagação das trincas
e a falha catastrófica. Uma técnica
utilizada é o jateamento (shot
peening). Esferas de aço com alta
velocidade são impactadas na
superfície do material, introduzindo
tensões compressivas residuais,
dificultando a formação de trincas
superficiais. Camadas superficiais de
elevada dureza são alcançadas com
os tratamentos de nitretação e
carbonetação, por exemplo. A pintura
é uma proteção, por exemplo contra a
corrosão. Durante o jateamento não
29/03/2024, 14:49 estacio.saladeavaliacoes.com.br/exercicio/6606ff28eee27ec2aba54473/gabarito/
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ocorre a decapagem que é um
processamento por via química.