Aula Parte III Fadiga

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ANÁLISE DAS FALHAS OU RUPTURA 
NOS METAIS
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• A engenharia e ciência dos materiais tem papel 
importante na prevenção e análise de falhas em 
peças ou componentes mecânicos.
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FRATURA
• Consiste na separação do material em 2 ou 
mais partes devido à aplicação de uma carga 
estática à temperaturas relativamente baixas 
em relação ao ponto de fusão do material
Introdução
Características Gerais da Mecânica da Fratura
Falha numa Estrutura
Considera-se que uma estrutura ou uma parte dela FALHA
quando acontece uma das condições:
Quando fica totalmente inutilizada,
Quando ela ainda pode ser utilizada, mas não é capaz de
desempenhar a função satisfatoriamente,
Quando uma deterioração séria a torna insegura para
continuar a ser utilizada
PORQUE UMA ESTRUTURA FALHA...
Negligência durante o projeto, a construção ou a
operação da estrutura;
aplicação de um novo projeto, ou de um novo material,
que vem a produzir um inesperado ( e indesejável)
resultado.
O PROCESSO DE FALHA
Sob o ponto de vista microscópico, a falha se dá de acordo
com a seguinte seqüência:
acúmulo de danos iniciação da(s) trinca(s)
propagação de trinca Fratura do Material
TRIÂNGULO DA MECÂNICA 
DA FRATURA
Mecânica da Fratura
Propriedades do Material
Comprimento da TrincaTensões
σσσσ
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FRATURA
• Dúctil a deformação plástica continua até uma 
redução na área para posterior ruptura (É OBSERVADA EM 
MATERIAIS CFC)
• Frágil não ocorre deformação plástica, 
requerendo menos energia que a fratura dúctil que 
consome energia para o movimento de discordâncias e 
imperfeições no material (É OBSERVADA EM MATERIAIS CCC E HC)
O tipo de fratura que ocorre em um dado material depende 
da temperatura
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FRATURA
Fraturas dúcteis
Fratura frágil
ASPECTOS MACROSCÓPICOS DE 
FRATURA 
A superfície de fratura de um corpo pode apresentar três 
regiões bastante distintas: 
• Zona Fibrosa - corresponde a propagação estável da 
trinca, isto é, para cargas crescentes. Localização, zona 
de maior triaxialidade, no centro de um corpo sem 
entalhe pelo exemplo a seguir
• Zona Radial - corresponde a propagação instável de 
trinca 
• Zona Cisalhada - inclinada a 45o do eixo de tração em 
conseqüência do alívio de triaxialidade devido a 
presença de uma superfície livre. 
C- Emoldurando toda a seção do corpo aparece a zona cisalhada (a 45o), onde pode 
ocorrer deformação plástica pois não existe triaxialidade de tensões. 
R- A seguir vem a zona radial, frágil, de propagação rápida de trinca. Corpos de 
prova feitos com materiais de grande ductilidade ou ensaiados a temperaturas 
elevadas podem não apresentar a zona radial. 
F- Terceira zona (central) é a da fratura fibrosa, dúctil 
De fora para dentro
• Mudança na participação dos aspectos de fratura com a temperatura em 
ensaios de corpos lisos. Quanto mais baixa a temperatura maior o limite 
de escoamento e menor a ductilidade do aço(5 
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FRATURA DÚCTIL
E ASPECTO MACROSCÓPICO
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MECANISMO DA FRATURA DÚCTIL
a- formação do pescoço
b- formação de cavidades
c- coalescimento das 
cavidades para 
promover uma trinca ou 
fissura
d- formação e propagação 
da trinca em um ângulo 
de 45 graus em relação 
à tensão aplicada
e- rompimento do material 
por propagação da trinca
ASPECTO MICROSCÓPICO
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FRATURA DÚCTIL
E ASPECTO MICROSCÓPICO
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FRATURA FRÁGIL
ASPECTO MACROSCÓPICO
A fratura frágil (por clivagem) ocorre com a formação e propagação de uma 
trinca que ocorre a uma direção perpendicular à aplicação da tensão
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FRATURA FRÁGIL
ASPECTO MACROSCÓPICO
Início da fratura por formação de trinca
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FRATURA TRANSGRANULAR E 
INTERGRANULAR
TRANSGRANULAR INTERGRANULAR
A fratura passa através do grão
A fratura se dá no contorno de grão
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EXEMPLO DE FRATURA SOB TRAÇÃO EM MATERIAIS COMPÓSITOS
Ex: Liga de alumínio reforçada com partículas de SiC e Al2O3
A fratura da partícula se dá por clivagem, ou seja, ocorre ao longo 
de planos cristalográficos específicos
Corpos com Entalhe
Para corpos que possuam entalhe, a morfologia da fratura é alterada
e tem-se:
- Há o deslocamento da zona fibrosa do centro do corpo para o
fundo do entalhe (ver figura ) uma vez que o entalhe além de
concentrar tensões acarreta uma região de triaxialidade de
tensões.
Assim, em corpos cilíndricos a fratura ocorre da superfície para o
centro.
Não existe zona cisalhada e surge uma região de arrancamento final.
A triaxilidade de tensões associada ao entalhe impede a formação da
zona cisalhada.
As marcas de sargento apontam para a região de início de fratura ver
figura.
Corpos com Entalhe
Corpos com Entalhe
As marcas de sargento indicam a região de 
início de fratura, marcada com uma flecha
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� as falhas mecânicas são
causadas primariamente
pelas tensões atuantes
� elas podem ser globais
(como na flambagem ou
no colapso plástico), ou
locais (como na fadiga ou
na fratura)
� ao contrário das globais,
falhas locais são sensíveis
a detalhes (como furos e
riscos) que concentrem as
tensões no ponto crítico, e
são progressivas (vão se
propagando aos poucos)
ooops!
Pouso Bem Sucedido de um 737 que Perdeu o 
Teto Durante o Vôo, Devido à uma Falha por 
Fadiga (após mais de 32 mil decolagens)
DC-9 Fraturado Durante um Pouso “Normal” 
(notar que os pneus não estão furados nem os 
trens de pouso estão quebrados, logo a falha não 
pode ser debitada à barbeiragem do piloto)
Navio Quebrado em Dois no Porto (em 1972)
Vaso de Pressão Fraturado Durante o Teste Hidrostático
Ponte sobre o Rio Ohio, em Point Pleasant, W.Virginia, USA 
(similar à ponte Hercílio Luz em Florianópolis, SC)
Restos da Ponte Após a Falha (com 46 mortes) Causada por 
uma Pequena Trinca que Levou ~50 anos para Ficar Instável
E.P. de Deus
Ex 3
Pag 108 Fadiga 
Samia
A peça esquematizada na figura é construida com um aço 
SAE-ABNT 4340, laminado a quente, com as seguintes 
propriedades: 
• σ E = 635 MPa 
• σ R = 825 MPa 
• Kt = 2,2
• Determinar: 
• a) A tensão máxima para uma carga de flexão de 1,5 
KNm ?
• b) É suportável a carga ?
• c) As cargas de início de escoamento para flexão ? 
Ver Protec pág. 110 e 
112
Ex 4
Pag 108 Fadiga
Charles 
O eixo com esquematizada na figura é construida com um 
aço SAE-ABNT 4340, laminado a quente, com as seguintes 
propriedades: 
• σ E = 635 MPa 
• σ R = 825 MPa 
• ε f = 0,57 
• Determinar: 
• a) A tensão máxima para torção de 5KNm ?
• b) É suportável a carga ?
• c) As cargas de início de escoamento para torção ? 
d = 80 mm
R= 8 mm
Ex 5
Pag 108 Fadiga
Cristian
Qual seria o diâmetro do eixo do dromo de uma 
ponte de 10 t com tambor (enrola os cabos) 0,6 
m de diâmetro considere Kt =2 pela chaveta e 
aço SAE-ABNT 4340, laminado a quente, com as 
seguintes propriedades: 
• σ E = 635 MPa 
• σ R = 825 MPa 
• ε f = 0,57 
d = 80 mm
R= 8 mm
Ex 6
Pag 108 Fadiga
Rafael 
Exercícios combinando por exemplo flexão e 
torção.