Estudo de caso

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ESTUDO DE CASO: FADIGA EM PARAFUSO DE FIXAÇÃO DE HÉLICE DE UMA 
AERONAVE 
 
 
N.J. Lourenco (IAE); M.F.J. Sena (ITA); O.M.M. Silva (IAE); M.L.A.Graça (IAE); 
L.A.L.Franco (IAE). 
 
Praça Mal. Eduardo Gomes, 50 - Vila das Acácias 
CEP: 12.228-904 - São José dos Campos - SP – Brasil 
nicelionjl@iae.cta.br 
 
 
 
RESUMO 
Este trabalho tem como objetivo estudar as causas que levaram à falha em voo de 
parafusos de fixação da hélice de uma pequena aeronave de instrução. Foram 
utilizados métodos tradicionais de analise como inspeção visual, estereoscopia, 
exames metalográficos e microscopia eletrônica de varredura. Os exames realizados 
apontam para a falha do parafuso a partir do mecanismo de fadiga. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
21º CBECIMAT - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais
09 a 13 de Novembro de 2014, Cuiabá, MT, Brasil
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INTRODUCÃO 
 
A literatura apresenta varias definições do termo “falha” assim, podemos definir 
como a diferença entre o desempenho desejado e desempenho esperado [1], ou 
mudanças no tamanho, forma, ou propriedades do material que o tornam incapaz de 
desempenhar as suas funções originais [2] entre outras definições. 
A falha de um componente estrutural pode levar a consequências catastróficas, com 
perda de vidas bem como prejuízos econômicos e os acontecimentos desta 
natureza são de conhecimento publico e eventos como, por exemplo, a queda 
sequencial das primeiras aeronaves comerciais a jato De Havilland Comet na 
década de 50 deixou clara a importância de analise de falhas na indústria 
aeronáutica. 
Ensaios posteriores realizados em solo, pela indústria construtora da aeronave, 
demonstraram que houve falha de projeto devido à construção de janelas quadradas 
[3,4] assim, após esta tomada de conhecimento, a indústria aeronáutica, como um 
todo passou a fabricar aeronaves a jato com janelas ovais. 
O presente estudo busca compreender as causas que levaram a falha com ruptura 
de um componente da hélice de uma pequena aeronave de instrução de fabricação 
nacional da década de 70 do século passado. 
Hélices em aeronaves são partes sensíveis na operação, pois a perda de 
operacionalidade da mesma produz como efeito imediato a impossibilidade de um 
voo dentro das normas de segurança. Ha causa mais comum de falha é a fadiga e 
para que a mesma ocorra é necessária a presença de tensões cíclicas e/ou de um 
sítio de nucleação. 
Os sítios de nucleação comuns são os produzidos por pites de corrosão e os 
produzidos a partir de impactos de pequenos objetos durante a operação, como por 
exemplo, pequenos seixos de pedra em pistas não pavimentadas, fato muito comum 
no Brasil. 
 
 
MATERIAIS E METODOS: 
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 O procedimento experimental teve como objetivo caracterizar a fratura. Foram 
realizados exames visuais, exames estereoscópicos, microscopia eletrônica de 
varredura e exames metalográficos. A Figura 1 mostra uma aeronave semelhante à 
acidentada na qual é possível observar a posição dos parafusos de fixação da 
hélice. O material como recebido pode ser visto na Figura 2. Detalhe de um parafuso 
fraturado pode ser visto na Figura 3. 
 
 
 
Figura 1- Aeronave semelhante à acidentada. Pode-se observar a hélice e os 
parafusos. 
 
 
Figura 2: Material como recebido. 
Parafusos da 
hélice 
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Figura 3: Parafuso fraturado 
 
Exames estereoscópicos: 
 Foram observadas marcas de praia indicativas de fadiga em duas partes de 
parafuso, conforme pode ser visto nas Figuras 4 e 5. 
 
Figura 4: Região com indícios de fadiga. 
 
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Figura 5: Detalhe que mostra as marcas de praia e provável início da fratura. 
 
Exames por Microscopia Eletrônica de Varredura: 
A superfície de fratura analisada mostrou-se oxidada. Esta oxidação foi posterior ao 
evento da fratura e retirou a possibilidade de observação das estrias de fadiga. A 
Figura 6 mostra a região de inicio provável da fadiga e a Figura 7 mostra oxidação 
na superfície da mesma. 
 
Figura 6: Microscopia eletrônica da superfície de fratura da parte de parafuso visto 
na Figura 2 mostrando a região suspeita de fadiga. 
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Figura 7: Detalhe da figura anterior. A superfície de fratura sofreu processo de 
oxidação, não sendo possível observar a presença de estrias de fadiga. 
 
Exames metalográficos 
O exame metalográfico sem ataque químico mostrou a presença de trinca 
secundaria na região da rosca do parafuso próxima a superfície de fratura. A Figura 
8 mostra o parafuso embutido e a Figura 9 mostra a presença de inicio de trinca em 
um dos dentes. 
 
 
Figura 8: Embutimento da amostra após secionamento do parafuso fraturado. 
 
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Figura 8: Parafuso secionado. Pode-se observar a presença de uma trinca (seta 
branca). 
 
RESULTADOS E DISCUSSÃO: 
 De uma forma geral há fatores conhecidos que podem ser determinantes em 
uma ruptura a partir de fadiga como, por exemplo, corrosão, erros de manutenção 
como o ocorrido com a aeronave EMBRAER 120 na Georgia, EUA, em 1995[5], 
impactos de objetos nas hélices, designados F.O.D (Foreign object damage) entre 
outros. Neste trabalho foi possível determinar que a fratura foi causada por fadiga. A 
verificação de estrias na superfície fraturada foi prejudicada pela presença de forte 
oxidação, e assim uma contagem de estrias para estimar o numero possível de 
ciclos não foi possível. A presença de uma pequena trinca na região da rosca pode 
ser indicativa de presença de corrosão na superfície dos parafusos. 
 
 
 
 
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REFERÊNCIAS: 
 
[1[Bhaumik, S. A View on the General Practice in Engineering Failure Analysis. in: 
Journal of Failure Analysis and Prevention 9 (3): 2009. 185 – 192. 
[2[Collins, J. A. Failure of Materials in Mechanical Design: Analysis, Prediction, 
Prevention. 2nd ed., Wiley, New York.1993. 
[3]Kletz, T. Learning from Accidents. 3nd ed.,Gulf Professional Publishing, Oxford. 
2001. 
[4]Withey, P.A. Fatigue failure of the de Havilland comet I. Engineering Failure 
Analysis .Volume 4, Issue 2, June 1997, Pages 147–154 
[5]NTSB.Aircraft Accident Report. In-flight Loss of Propeller Blade Forced Landing, 
and Collision with Terrain. Washington, D.C. 1996. Disponível em: 
https://www.ntsb.gov/doclib/reports/1996/AAR9606.pdf acesso em 22/08/2014. 
 
 
 
CASE STUDY: FATIGUE IN SCREW PROPELLER AIRCRAFT 
ABSTRACT 
In this work we present a case study of a light aircraft that sustained an in-flight 
screw propeller failure. Traditional methods of analysis were used as visual 
inspection, metallographic examinations stereoscopy and scanning electron 
microscopy. The evidences of experimental analysis and fractography of the failed 
screw propeller as beach marks on a macroscopic scale indicate that screw fracture 
was a result of fatigue mechanism. 
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