Fratura

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Fratura
Fratura é a separação de um corpo em duas partes ou mais partes quando submetido à um esforço mecânico
Concentração de Tensões
Uma concentração de tensões é um local em um corpo onde tensões são concentradas (elevadas). Um objeto é mais resistente quando as forças por eles transmitidas são uniformemente distribuídas sobre sua área, e assim uma redução de área, causada por exemplo por uma trinca, resulta em um aumento localizado de tensões. Um material pode falhar, ocorrendo um propagação de trincas, quando uma tensão concentrada excede a resistência de coesão teórica do material. A resistência à fratura real de um material é sempre menor que o valor teórico porque a maioria dos materiais contém pequenas trincas ou contaminantes que concentram tensões. Trincas de fadiga sempre iniciam em concentração de tensões, e assim removendo tais defeitos é aumentada a resistência à fadiga.
FATOR DE CONCENTRAÇÃO DE TENSÕES
A abordagem de um projeto convencional limita-se a determinar o fator de concentração de tensões (Kt) associado a alguma descontinuidade geométrica. Este valor, multiplicado pela tensão nominal, indica o nível de tensões efetivo. Com isto o projetista já teria uma referência para utilização de um fator de segurança. Segundo esta abordagem uma tensão (σa) aplicada a uma placa contendo um furo elíptico terá sua tensão aumentada nas extremidades do eixo da elipse normal à aplicação da carga por uma relação dada pela equação: σmáx/σa= 1 + 2a/b 
onde:
 -σmáx é a tensão máxima nas extremidades do defeito. 
- σa é a tensão aplicada 
- a é o semi-eixo normal ao carregamento, 
- b é o semi-eixo paralelo à direção de carregamento
 Placa com furo elíptico produzindo uma concentração de tensões. 
 Considerando-se agora um defeito circular em que a é igual a b tem-se para a equação: σmáx/σa = 3 
isto é, o valor de magnificação de tensões em uma placa com um furo circular seria igual a 3. 
Para um defeito tendendo a planar o raio de curvatura (ρ) na extremidade da elipse é dado pela equação: 
ρ= b2/a 
As equações podem ser combinadas de tal forma, resultando: 
σmáx= 2.σa(a/ρ)^0,5 
Como na maioria dos casos a >> ρ, então: 
σmáx= 2.σa(a/ρ)^0,5 
O termo 2.(a/ρ)^0,5 seria o fator de concentração de tensões (Kt). O valor de Kt encontra-se listado para uma infinidade de geometrias de peças/defeito. 
Por esta metodologia pode-se estimar o efeito de concentradores de tensões em componentes mecânicos como: rasgos de chaveta, reduções de seções, filetes. É destacado que, quanto maior o comprimento do defeito e menor o raio de curvatura da ponta deste, maior será a magnificação de tensões. 
Para um defeito muito agudo, como uma trinca de fadiga, o valor de Kt tende ao infinito. Desta forma, esta abordagem só é aplicada quando os concentradores de tensão são geométricos, não contemplando situações em que um componente apresente defeitos mais comuns, como trincas oriundas de fabricação ou nucleadas em serviço. 
Mecânica da Fratura Linear Elástica 
A Mecânica da Fratura Linear Elástica (MFLE) inicialmente assume que o material é elástico isotrópico e linear. Com base nesse pressuposto, o campo de tensões próximo à ponta da trinca é calculado usando a teoria da elasticidade. 
Quando as tensões próximas à ponta da trinca excedem um limite do material, a trinca cresce. Na Mecânica da Fratura Linear Elástica, a maioria das fórmulas são para os estados planos de tensão e de deformação, associados com os três modos de movimentos relativos das superfícies da trinca: de abertura, de cisalhamento no plano e cisalhamento fora do plano. 
A MFLE só é válida quando a deformação plástica é pequena comparada ao tamanho da trinca. Se as zonas de deformação plástica foram consideradas grandes comparadas com o tamanho da trinca, a Mecânica da Fratura Elástico- Plástica (EPFM) deve ser usada.
Decorrentes do processo de fabricação, os defeitos interiores e de superfície são encontrados em quase todas as estruturas de metal. Nem todos os defeitos são instáveis sob condições de serviço. A Mecânica da Fratura é a análise dos defeitos para descobrir aqueles que são seguros (ou seja, não crescem) e aqueles que são susceptíveis de propagar como trincas e assim causar a falha da estrutura defeituosa. Pode-se garantir a operação segura da estrutura, apesar dessas falhas inerentes, através da análise de tolerância ao dano. Há uma grande demanda por engenheiros com experiência na mecânica da fratura, particularmente nesses dias e tempos em que falha a engenharia é considerada "chocante" entre o público em geral.
Seleção de materiais considerando a tenacidade a fratura.
  
Seleção de Materiais para tenacidade a fratura tenacidade é a habilidade de um metal absorver energia pela deformação plástica, num ensaio mecânico conduzido até a fratura. Essa propriedade decorre da combinação das propriedades de resistência e ductilidade. É determinada pelo trabalho absorvido durante a propagação de uma trinca através de um corpo de prova padronizado ou de um componente de um sistema mecânico
A área obtida no diagrama tensão-deformação, num ensaio de tração, até o limite de elasticidade é chamada resiliência. A área total até a fratura, que incorpora também o regime de comportamento plástico do material é chamada tenacidade. Essas propriedades calculadas correspondem a: energia por unidade de volume do corpo ensaiado. Seleção de materiais para tenacidade à fratura. Normalmente a tenacidade é determinada num ensaio de choque, conduzido a diversos níveis de temperatura, em corpos-de- prova entalhados. Nesse caso, determina-se a tenacidade à fratura dinâmica ou simplesmente tenacidade à fratura.
Resistência do material à rápida propagação da trinca ou ao comportamento frágil Seleção de materiais para tenacidade à fratura O dimensionamento de um componente mecânico considerando somente a resistência estática do material (uma parcela do limite de escoamento) pode levar à fratura em serviço. A tenacidade à fratura do material permite estudar a distribuição de tensões, que pode ser excepcionalmente elevada em alguns locais (entalhes, pontos de descontinuidade, etc.) permitindo prever que nesses pontos pode ocorrer uma “falha catastrófica”
OBRIGADO.
Acadêmicos
Beatriz
Clovis Marins
Paulo André Alarcon
Romilso
Samuel
Thaynara Carvalho