Falha-fadiga-2013-2

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03/09/2013 
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 Sueila Silva Araújo 
 
Mecânica da Fratura, Fluência e 
Fadiga – Parte III 
1. Ao investigar a causa de um acidente automobilístico, um 
engenheiro verificou que a roda traseira quebrou próximo do 
eixo e que este estava deformado. A superfície da fratura 
revelou um padrão em V, apontando para superfície do eixo. 
Sugira uma possível causa para fratura. 
 
2. Uma corrente utilizada no içamento de cargas pesadas fraturou. 
O exame do elo fraturado indicou um grande deformação 
plástica e a ocorrência de estricção antes da falha. Relacione 
algumas das possíveis razões da fratura. 
EXERCÍCIOS 
 É a forma de falha ou ruptura que ocorre nas estruturas 
sujeitas à forças dinâmicas e cíclicas 
 
 Nessas situações o material rompe com tensões muito 
inferiores à correspondente à resistência à tração 
(determinada para cargas estáticas) 
 
 É comum ocorrer em estruturas como pontes, aviões, 
componentes de máquinas 
 
 
 
 
 A falha por fadiga é geralmente de natureza frágil mesmo 
em materiais dúcteis. 
 
FADIGA 
 
 A fratura ou rompimento do material por fadiga 
geralmente ocorre com a formação e propagação de uma 
trinca. 
 A trinca inicia-se em pontos onde há imperfeição 
estrutural ou de composição e/ou de alta concentração de 
tensões (que ocorre geralmente na superfície) 
 A superfície da fratura é geralmente perpendicular à 
direção da tensão à qual o material foi submetido 
Origem da fadiga 
 
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O fenômeno da fadiga representa a causa de 
mais de 90% das falhas em serviço de 
componentes de materiais metálicos. 
 
 Os esforços alternados que podem levar à 
fadiga podem ser: 
 Tração Tração e compressão 
 Flexão Torção 
Fadiga 
 
 RESULTADOS DO ENSAIO DE FADIGA CURVA -N 
OU CURVA WOHLER 
 
 
 
 A CURVA -N REPRESENTA A TENSÃO VERSUS NÚMERO DE CICLOS PARA QUE 
OCORRA A FRATURA. 
 Normalmente para N utiliza-se escala logarítmica 
 PRINCIPAIS RESULTADOS DO ENSAIO DE FADIGA 
 Limite de resistência à fadiga: 
 é a tensão máxima que um 
material pode suportar para 
um número que tenda a 
infinito de solicitações cíclicas, 
sem sofrer fratura ou 
tensão máxima, abaixo da 
qual a falha por fadiga não 
ocorrerá. Portanto, o material 
poderá trabalhar 
indefinidamente sob tais 
tensões máxima alternadas 
 
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 em alguns materiais a 
tensão na qual ocorrerá a 
falha decresce 
continuamente com o 
número de ciclos Nesse 
caso a fadiga é 
caracterizada por 
resistência à fadiga 
Resistência à fadiga (f): 
 PRINCIPAIS RESULTADOS DO ENSAIO DE FADIGA O processo de falha por fadiga é caracterizado por três etapas 
distintas: 
(1) iniciação da trinca, onde uma pequena trinca se forma em algum 
ponto de alta concentração de tensões; 
(2) propagação da trinca, durante a qual essa trinca avança em 
incrementos a cada ciclo de tensões; 
(3) fratura final, que ocorre muito rapidamente uma vez que a trinca 
que está avançando tenha atingido o seu tamanho crítico. 
 As trincas associadas com falhas por fadiga quase sempre se 
iniciam (ou nucleiam) sobre a superfície de um componente 
em algum ponto de concentração de tensões. 
 Os sítios de nucleação de trincas incluem riscos superficiais, 
ângulos vivos, fios de roscas, mossas e afins. 
IMPORTANTE! 
Estágios do Processo de Fadiga 
 
 
 Assim a vida em fadiga pode ser determinada como a 
soma do números de ciclos para nuclear a trinca e o número de 
ciclos necessário para propagar a trinca. 
 
Nf = Ni + Np 
 
 
Nf :Número de ciclos até a fratura. 
Ni : Número de ciclos necessário para se iniciar a trinca. 
Np : Números de ciclos para propagação da trinca. 
 
 
Processo de Fadiga 
 Quando temos um ciclo de tensões caracterizado 
por baixas tensões e um material sem muitos 
concentradores de tensões ( riscos, cantos vivos, etc), 
a parcela responsável pela iniciação de trinca é alta e 
portanto, Ni >Np. 
 
 Quando temos um ciclo com altas tensões de 
trabalho, a trinca se forma mais rapidamente e, 
portanto a parcela responsável pela propagação da 
trinca é maior que a necessária para nuclear a trinca, 
Np > Ni. 
 
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Nucleação de trincas 
 Mecanismos de nucleação de trincas por fadiga. 
Fonte:http://www.fei.edu.br/mecanica/LabMat/PROJETOS 
Fratura por fadiga 
Representação das superfícies características de uma fratura em fadiga, com 
distinção da nucleação, propagação e instabilidade da trinca. 
Fonte:http://www.fei.edu.br/mecanica/LabMat/PROJETOS 
 
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Estrias de fadiga apresentam 
dimensões microscópicas: MET ou 
MEV. 
Cada estria representa a distância 
de avanço de uma frente de trinca 
durante um ciclo de carregamento. 
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Aspecto final da fratura 
 Trincas de fadiga em formato semi-elíptico (com as características marcas de 
praia, indicadas na foto por setas) e região de propagação instável da fratura (cortesia 
LabMat-FEI). Fonte:http://www.fei.edu.br/mecanica/LabMat/PROJETOS 
Fatores que influenciam a vida em fadiga 
 O comportamento da fadiga em materiais de 
engenharia é altamente sensível a uma quantidade de 
variáveis. Algumas dessas variáveis incluem: 
 
 tensão média; 
 efeitos da superfície; 
 fatores de projeto; 
 tratamentos superficiais; 
 fadiga térmica; 
 fadiga à corrosão; 
Sueila Silva Araújo 
sueilaeng@yahoo.com.br