Materiais II - Aula 11

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MATERIAIS II AULA 11
Materiais II – Ensaios de Fadiga
	
	Definição
	A fadiga se define como o tipo de falha que uma determinada peça apresenta sendo submetida a CARREGAMENTOS CÍCLICOS com valores absolutos menores que os limites de resistência estática do material.
	Seu estudo se torna bastante importante tendo em vista que é considerada a causa de 90% das falhas em peças mecânicas.
Materiais II – Ensaios de Fadiga
	Conceito
	A fadiga se explica pela não uniformidade da estrutura cristalina dos materiais, que pode apresentar micro fissuras internas, as quais com as sucessivas repetições das tensões, se desenvolvem com o tempo, a partir dos núcleos onde surgiram.
	Por esta razão, as falhas por fadiga são frequentemente chamadas de “fraturas progressivas”.
Materiais II – Ensaios de Fadiga
Fatores que Afetam a Vida em Fadiga do Material
Tensão Média do carregamento Cíclico;
Tensão Máxima do carregamento Cíclico;
Geometria da peça – Fator de Concentrações de Tensões;
Materiais II – Ensaios de Fadiga
	
	Carregamento Cíclico
Onde:
Materiais II – Ensaios de Fadiga
	Fator de Concentração de Tensões (kt)
Toda e qualquer descontinuidade no caminho de carga de uma peça causa um incremento de tensão em sua proximidade maior que o previsto, se calculássemos a tensão utilizando a fórmula:
Onde:
F é o carregamento aplicado;
As é a área da seção Transversal remanescente
Materiais II – Ensaios de Fadiga
	Fator de Concentração de Tensões (kt)
Toda e qualquer descontinuidade no caminho de carga de uma peça causa um incremento de tensão em sua proximidade maior que o previsto, se calculássemos a tensão utilizando a fórmula Força (N) – espessura 1,00mm 
3mm
ø2mm
100 (N)
3mm
σ = 16,6MPa
σ = 50MPa
σ = 50MPa
3mm
ø2mm
100 (N)
3mm
σ = 16,6MPa
σ = 175MPa
Previsto Inicialmente
Real  Kt = 3,5
Materiais II – Ensaios de Fadiga
	Fator de Concentração de Tensões (kt)
Materiais II – Ensaios de Fadiga
Testes de Fadiga - Conceito
Os teste para análise da resistência à fadiga dos materiais se baseia na utilização de uma máquina que tem a capacidade de se aplicar um carregamento cíclico pré-determinado pelo usuário e medir a quantidade de ciclos na qual a peça foi submetida até que o seu rompimento aconteça.
Em cada volta (um cíclo) um ponto passa por tração e compressão
Em cada atuação (um cíclo) da máquina um ponto passa por tração e compressão de acordo com a programação da máquina.
Materiais II – Ensaios de Fadiga
Testes de Fadiga - Resultado
O resultado esperado para um determinado material é, para uma DETERMINADA GEOMETRIA ensaiada (um determinado Kt), um conjunto de curvas que mostram, para uma determinada tensão máxima e Razão de Tensões, qual o número de ciclos que o material suportou até a ruptura.
Materiais II – Ensaios de Fadiga
Exemplo: Peça sem defeitos Visuais (Kt = 1,00)
Tensão Máxima, Ksi
Al 2024 T3 Sheet com Kt = 1,0
Taxa de Tensão:
Ciclos até a Falha – escala Log
Materiais II – Ensaios de Fadiga
Tensão Máxima, Ksi
Ciclos até a Falha – Escala Log
Al 2024 T3 Sheet - Kt = 3,4
Taxa de Tensão:
Exemplo: Peça com defeitos (descontinuidades Visuais (Kt = 3,4))
Materiais II – Ensaios de Fadiga
Testes de Fadiga - Resultado
Alguns Materiais apresentam uma curva assintota bem definida, caracterizando seu Limite de Resistência à Fadiga”, ou seja, com tensões menores que o limite estabelecido, pode-se considerar vida infinita.
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Testes de Fadiga - Resultado
Como a fadiga é derivada de defeitos e descontinuidades na estrutura cristalina e é muito sensível á características de fabricação como o acabamento superficial, os resultados variam. Desde modo deve-se considerar uma média aproximada “Best Fit” para que as curvas sejam traçadas.
Para determinadas aplicações e cálculos, fatores de correção estatística devem ser aplicados de modo a se obter um ajuste da curva mais conservador.
Para o caso da aviação, utilizado um coeficiente de 400%, ou seja, deve-se prever uma vida 4 vezes maior que o requisito para se adequar a dispersão estatística.
Materiais II – Ensaios de Fadiga
Testes de Fadiga - Prevenção
Geometria otimizada, para se garantir um menor Fator der Concentração de Tensões (Kt) o quanto possível – transição geométrica suave.
Bom acabamento superficial de superfícies e Furos.
Quando necessário, em posições muito carregadas de peças, efetuar processos que gerem tensões residuais de compressão nas posições limítrofes, como Cold Work em furos e Shoot Peenning em superfícies.
Materiais II – Ensaios de Fadiga
Cold Work
Shoot Peenning
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