Aula 6 Teoria de Falhas por Fadiga

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Elementos de Máquinas I
Aula 6 – Teoria de Falhas por 
Fadiga
Prof. Me. Roberto Luís de Assumpção
robertoassumpcao@ufmt.br
Relembrando!
• Cargas e Analises de Tensões
• Falhas Estáticas
• Mecanismos de Falha por Fadiga
• Modelos de Falha por Fadiga
• Cargas de Fadiga
• Critérios de Medição da Falha por Fadiga
Introdução – Diagrama S-N
Ensaio de Flexão Rotativa (R. R. Moore)
• Corpo de prova altamente polido com 0,3 pol. de diâmetro
• Flexão pura de magnitude constante (ausência de força cortante)
• Rotação de 1725 rpm
Critérios para estimar a Falha por Fadiga
• Montagens Reais 
• Protótipos
• Elementos isolados
• Corpos de prova de 
mesmo material
• Fabricantes e Fornecedores
• Ensaio Estático (Sut e Sy)
Resistência a Fadiga
• Resistência a Fadiga Sf’
• Limite de Fadiga Se’
Resistência a Fadiga
Resistência a Fadiga
• Relações entre Sut e Sf’ ou Se’.
Fatores de Correção
Fatores de Correção
• Efeitos da Solicitação:
Fatores de Correção
• Efeitos de Tamanho:
Fatores de Correção
• Efeitos de Tamanho:
Fatores de Correção
• Efeitos da Superfície:
Fatores de Correção
• Efeitos da Superfície:
Fatores de Correção
• Efeitos da Superfície:
Fatores de Correção
• Efeitos da Superfície:
Fatores de Correção
• Temperatura:
• Ensaios são geralmente realizados a temperatura ambiente;
• A tenacidade à fratura diminui a baixas temperaturas e 
aumenta em temperaturas moderadamente elevadas;
• Entretanto, temperaturas acima de 350°Ccausam o 
desaparecimento do limite de fadiga
• Além disso, a resistência ao escoamento cai 
significativamente em temperaturas próximas a 50% da de 
fusão.
Fatores de Correção
• Confiabilidade:
Fatores de Correção
Fatores de Correção
Fatores de Correção
• Ambiente:
Fatores de Correção
• Ambiente:
• Há poucos dados na literatura e quando um componente for operar 
em condições de ambientes severas (água salgada, etc.) deve-se 
realizar ensaio do componente nas condições de operação;
• Sabe-se que em ambientes corrosivos, aços de baixa resistência se 
comportam tão bem quanto aços de alta resistência.
• Além disso, de maneira geral, aços sem proteção à corrosão 
apresentam uma resistência a corrosão por fadiga constante de 
aproximadamente 15 kpsi ou 100 Mpa.
Fatores de Correção
• Ambiente:
Diagrama S-N Estimado
Diagrama S-N Estimado
Exemplo 1:
• Problema: Construa um diagrama S-N estimado para uma barra de 
aço e defina suas equações. Quantos ciclos de vida podem ser 
esperados se a tensão alternada é de 100 MPa?
• Dados: O Sut obtido experimentalmente é 600 MPa. A barra quadrada 
tem 150 mm de lado e tem acabamento superficial de laminado a 
quente. A temperatura máxima de operação é de 500°C. O 
carregamento aplicado é flexão pura alternada.
• Hipóteses: A vida infinita é requerida e pode ser obtida, pois este aço 
dúctil apresentará limite de fadiga. Será considerado um fator para 
confiabilidade de 99,9%.
Entalhes e Concentração de Tensões
Exemplo 2:
• Problema: Um dispositivo de alimentação de rolos deve ser montado em cada extremidade 
nas braçadeiras de suporte engastadas na estrutura da máquina, como mostrado na Figura6-
41. O dispositivo está sujeito a uma força alternada de amplitude 1000 lb, dividida 
igualmente entre as duas braçadeiras de suporte. Projete uma braçadeira engastada para 
suportar uma força alternada de amplitude 500 lb para 109 ciclos sem ruptura. A deflexão 
dinâmica da viga não pode ultrapassar 0,01in.
• Dados: A forma da função carga versus tempo é mostrada na Figura 6-41a. O ambiente de 
operação é um local com ar de temperatura máxima de 120°F. O espaço disponível permite 
um comprimento máximo da viga de 6,0 in. Apenas 10 dessas peças são requeridas.
• Hipóteses: A viga pode ser fixada entre placas essencialmente rígidas ou parafusada na sua 
extremidade. A carga normal será aplicada na extremidade efetiva da viga engastada por 
uma haste conectada a um pequeno furo na viga. Como o momento fletor é efetivamente 
zero na extremidade em balanço da viga, a concentração de tensões causada por esse furo 
pode ser ignorada. Devido à pequena quantidade exigida de peças, o método de manufatura 
indicado é usinagem da matéria-prima por fresagem.
Exemplo 2: