7-Lista de Exercícios Falha

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8- Uma porção de um corpo de prova de tração está mostrada a seguir: 
 
(a) Calcule a magnitude da tensão no ponto P quando a tensão aplicada externamente é de 100 MPa. 
(b) Quanto o raio de curvatura no ponto P terá que ser aumentado para reduzir essa tensão em 20%? 
 
9- Um orifício cilíndrico com 25 mm de diâmetro passa através da espessura de uma chapa de aço de 
15 mm de espessura, 100 mm de largura, e 400 mm de comprimento (ver Fig. 8.8a abaixo). 
 
(a) Calcule a tensão na aresta deste orifício quando uma tensão de tração de 50 MPa é aplicada em uma 
direção ao longo do comprimento. 
(b) Calcule a tensão na aresta do orifício quando a mesma tensão da parte (a) é aplicada em uma direção 
ao longo da largura. 
 
10- Para cada uma das ligas metálicas listadas na Tabela 8.1, calcule a espessura mínima do componente 
para a qual a condição de deformação plana é válida. 
 
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11- Um corpo de prova feito a partir de uma liga de aço 4340, que possui uma tenacidade à fratura em 
deformação plana de 45 MPa.m1/2 , está exposto a uma tensão de 1000 MPa. Dizer se esse corpo de prova 
irá experimentar fratura, se tem conhecimento de que a maior trinca de superfície possui 0,75 mm de 
comprimento. Por quê? Admita que o parâmetro Y possui um valor de 1,0. 
 
12- Um dado componente de uma aeronave é fabricado a partir de uma liga de alumínio que possui uma 
tenacidade à fratura em deformação plana de 35 MPa.m1/2 . Foi determinado que a fratura ocorre quando 
se tem um nível de tensão de 250 MPa e o comprimento máximo (ou crítico) de uma trinca interna é de 
2,0 mm . Para esses mesmos componentes e liga, dizer se a fratura irá ocorrer em um nível de tensão de 
325 MPa se o comprimento máximo de uma trinca interna for de 1,0 mm . Por quê? 
 
13- Suponha que o componente de uma asa de avião seja fabricado a partir de uma liga de alumínio que 
possui uma tenacidade à fratura em deformação plana de 40 MPa.m1/2. Foi determinado que a fratura 
resulta em um nível de tensão de 365 MPa, quando o comprimento máximo de uma trinca interna é de 
2,5 mm. Para esses mesmos componentes e liga, calcule o nível de tensão no qual a fratura irá ocorrer 
para um comprimento crítico de trinca interna de 4,0 mm. 
 
14- Uma grande chapa é fabricada a partir de uma liga de aço que possui uma tenacidade à fratura em 
deformação plana de 55 MPa.m1/2 . Se, durante o seu uso em operação, a chapa está exposta a uma tensão 
de tração de 200 MPa, determine o comprimento mínimo de uma trinca de superfície que irá levar à 
fratura da chapa. Assuma um valor de 1,0 para Y. 
 
15- Calcule o comprimento de trinca interna máxima permissível para um componente em uma liga de 
alumínio 7075- T651 (Tabela 8.1 a cima) que encontra-se carregado a uma tensão que equivalente à 
metade do seu limite de escoamento. Assuma que o valor de Y seja de 1,35. 
 
16- Um componente estrutural na forma de uma placa de grandes dimensões deve ser fabricado a partir de 
uma liga de aço que possui uma tenacidade à fratura em deformação plana de 77 MPa.m1/2 e um limite de 
escoamento de 1400 MPa. O limite de resolução das dimensões do defeito do aparelho para detecção de 
defeitos é de 4.0 mm. Se a tensão de projeto é de metade do limite de escoamento e o valor de Y é de 1,0, 
determine se um defeito crítico para essa placa está ou não sujeito a detecção. 
 
17- Tabulados abaixo encontram-se dados que foram coletados a partir de uma série de ensaios de 
impacto Charpy com um ferro fundido dúctil: 
 
 
(a) Plote os dados na forma da energia de impacto em função da temperatura. 
(b) Determine uma temperatura de transição dúctil-frágil como sendo aquela temperatura que corresponde 
à média entre as energias de impacto máxima e mínima. 
(c) Determine uma temperatura de transição dúctil-frágil como sendo aquela temperatura na qual a 
energia de impacto é de 80 J. 
 
18- Explique sucintamente por que as ligas metálicas CCC e HC podem experimentar uma transição 
dúctil-frágil com a diminuição da temperatura, enquanto ligas CFC não experimentam esse tipo de 
transição. 
 
19- Um ensaio de fadiga foi conduzido onde a tensão média era de 50 MPa e a amplitude da tensão era de 
225 MPa. 
(a) Calcule os níveis de tensão máximo e mínimo. 
(b) Calcule a razão de tensão. 
(c) Calcule a magnitude do intervalo de tensões. 
 
20- Três corpos de prova de fadiga, idênticos, representados por A, B e C, são fabricados a partir de uma 
liga não ferrosa. Cada um está sujeito a um dos ciclos de tensão máxima-mínima listados abaixo; as 
frequências são as mesmas para os todos os três ensaios. 
 
 
(a) Classifique as vidas em fadiga desses três corpos de prova em ordem decrescente, da mais longa para 
a mais curta. 
(b) Então, justifique essa classificação usando um gráfico esquemático S-N. 
 
21- Cite cinco fatores que podem levar à dispersão em dados de vida em fadiga. 
 
22- Faça um esboço esquemático do comportamento em fadiga apresentado por certo metal para o qual a 
razão de tensão R possui um valor de +1. 
 
23- Liste quatro medidas que podem ser tomadas para aumentar a resistência à fadiga de uma liga 
metálica. 
 
24- Forneça a temperatura aproximada na qual a deformação por fluência se torna uma consideração 
importante para cada um dos seguintes metais: níquel, cobre, ferro, tungstênio, chumbo e alumínio. 
 
25- Superponha sobre o mesmo gráfico de deformação em função do tempo as curvas de fluência 
esquemáticas tanto para uma tensão de tração constante como para uma carga constante e explique as 
diferenças de comportamento. 
 
26- Os seguintes dados de fluência foramcoletados para uma liga de alumínio a 400°C e sob uma tensão 
constante de 25 MPa. Plote os dados no formato de deformação em função do tempo, então determine a 
taxa de fluência em regime estacionário ou mínima. Observação: A deformação inicial e instantânea não 
está incluída. 
 
 
27- Um corpo de prova com 750 mm de comprimento feito a partir de uma liga carbono-níquel com baixo 
teor de liga (Fig. 8.39) deve ser exposto a uma tensão de tração de 40 MPa a 538°C. Determine o seu 
alongamento após 5000 h. Assuma que o valor total de ambos os alongamentos por fluência, instantâneo 
e primário, seja de 1,5 mm. 
Fig.8.39 
 
28- Para uma amostra cilíndrica de uma liga carbono-níquel com baixo teor de liga (Fig. 8.39 a cima) 
originalmente com 10 mm de diâmetro e 500 mm de comprimento, qual é a carga de tração necessária 
para produzir um alongamento total de 3,2 mm após 10.000 h a 427°C? Assuma que a soma dos 
alongamentos por fluência, instantâneo e primário, seja de 0.8 mm. 
 
29- Se um componente fabricado a partir de uma liga carbono-níquel com baixo teor de liga (Fig. 8.38) 
tiver que ser exposto a uma tensão de tração de 60 MPa a uma temperatura de 538°C, estime o tempo de 
vida até a ruptura. 
Fig. 8.38 
 
30- Um componente cilíndrico construído a partir de uma liga carbono-níquel com baixo teor de liga 
possui um diâmetro de 12 mm. Determine a carga máxima que pode ser aplicada para que esse 
componente sobreviva a 649°C por 500 h. 
 
31- (a) Estime a energia de ativação para a fluência (isto é usando Eq. 8.34) para a liga carbono-níquel 
com baixo teor de liga que apresenta o comportamento de fluência em regime estacionário mostrado na 
Fig. 8.39. Use os dados coletados a um nível de tensão de 55 MPa e a temperaturas de 427°C e 538ºC. 
Admita que o expoente da tensão n seja independente da temperatura, (b) Estime ér a uma temperatura de 
649°C. 
Eq. 8.34 
 
32- Dados de fluência em regime estacionário tomados para um aço inoxidável a um nível de tensão de 
70 MPa estão listados abaixo: 
 
 
Tendo o conhecimento de que o valor do expoente de tensão n para esta liga é de 7, calcule a taxa de 
fluência em regime estacionário a uma temperatura de 1250 K e um nível de tensão de 50 MPa. 
 
33- Cite três técnicas metalúrgicas/de processamento que são empregadas para aprimorar a resistência à 
fluência de ligas metálicas.