Fadiga mecânica: o que é e como ocorre

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Fadiga
Fadiga mecânica é o fenômeno de ruptura progressiva de materiais sujeitos a ciclos repetidos de tensão ou deformação.[1] O estudo do fenômeno é de importância para o projeto de máquinas e estruturas, uma vez que a grande maioria das falhas em serviço são causadas pelo processo de fadig. 
É o Processo progressivo e localizado de modificações estruturais permanentes ocorridas em   um   material   submetido   a   condições   que   produzam tensões e deformações cíclicas que pode culminar em trincas ou fratura após um certo número de ciclos.
 
A maioria dos componentes mecânicos estão submetidos a carregamentos cíclicos que estão sujeitos a falha por fadiga. Diversas pesquisas sobre fadiga foram feitas para identificar o percentual de falhas mecânicas que são ocasionadas por este fenômeno, e pode-se dizer que esse número é de 50 a 90% de todas as falhas mecânicas.
Fadiga mecânica no cotidiano
Com frequência se descobre que membros de máquina falharam sob a ação de tensões repetidas ou flutuantes, uma análise mais cuidadosa revela que as tensões reais máximas estavam bem abaixo da resistência última do material e, muito seguidamente, abaixo mesmo da resistência ao escoamento. A característica mais distinguível dessas falhas é que as tensões foram repetidas várias vezes. Daí a falha ser denominada falha por fadiga. Quando peças de máquina falham estaticamente, em geral desenvolvem uma deflexão muito grande, visto que a tensão excedeu à resistência ao escoamento, e a peça é trocada antes que a fratura realmente ocorra, muitas falhas estáticas dão um aviso visível antecipadamente. No entanto, o mesmo não ocorre com a falha por fadiga que é do tipo súbita e total, portanto, perigosa e desaconselhável. Do ponto de vista do material, a falha por fadiga é de natureza frágil mesmo em metais dúcteis, no sentido de que existe muito pouca deformação plástica generalizada associada com a falha. O processo ocorre pela iniciação e propagação de trincas, e em geral a superfície de fratura é perpendicular à direção de uma tensão de tração aplicada. As falhas por fadiga têm aparência similar à de uma fratura frágil, uma vez que as superfícies de fratura são planas e perpendiculares ao eixo de tensão, com ausência do fenômeno da estricção. As características da fratura proveniente de uma falha por fadiga são bem diferentes daquelas provenientes de uma fratura frágil estática, surgindo de três estágios de desenvolvimento de falha, chamados mecanismos de fadiga.
Como a falha por fadiga é súbita e imprevisíveis, muitos acidentes acabam ocorrendo por conta disso, desde um parafuso que se quebra até um navio que pode vir a ruir. Como podem verificar nos exemplos abaixo, a falha pode ocorrer em pequena escala e caso não seja reparada a tempo pode acarretar um problema muito maior.
“Em maio de 1979, a “Jack-up” de perfuração “Ranger I”(figura acima)sofreu um colapso no Golfo do México”. Essa ruptura ocorreu por conta de uma fissura de fadiga de aproximadamente 500mm que foi aos poucos piorando no fim a estrutura se rompeu.
No caso de navios, por exemplo, devido ao fato de ser uma estrutura muito mais hiperestática que a plataforma, as consequências por uma fadiga são “menos desastrosas”. Porém, da mesma for se o reparo não for feito a tempo, um desastre pode acontecer como no Navio Liberty.
Como é possível verificar na foto acima o navio teve seu casco partido ao meio devido à propagação de uma fratura por fadiga.
Fadiga no dia a dia de uma pessoa comum
Como podem ver nos exemplos abaixo, a fadiga ocorre em nosso dia a dia dentro de nossa própria casa, trabalho, escola/faculdade etc. A fadiga pode aparecer quando você menos espera, como nos casos abaixo.
Nota: Parafuso quebrado em uma Toyota Land Cruiser.
Nota.: Acidente com um Boing 737-700 da SouthWest em 2016
Fadiga no cotidiano de um profissional
Quando falamos de fadiga relacionada a um profissional da área de engenharia, acabamos imaginando o pior, levando em consideração alguns riscos que o mesmo pode correr no seu dia a dia, porém essas fadigas também podem ser pequenas conforme os exemplos abaixo.
Nota: Fadiga em engrenagens.
Nota: fadiga em equipamentos de içamento de peças.
Nota: Ponte rolante quebrada por fadiga
Como pudemos ver uma fadiga pode acorrer a qualquer momento, sendo ela em pequena escala ou em grande escala, no dia a dia de uma pessoa normal ou um profissional fazendo seu trabalho. Portanto é de extrema importância que o cálculo de um equipamento seja feito com a máxima cautela e precisão.
 
https://ensus.com.br/fadiga/
https://pt.wikipedia.org/wiki/Fadiga_(engenharia)
https://ssl4799.websiteseguro.com/swge5/seg/cd2008/PDF/IC2008-0165.PDF
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/241323/mod_resource/content/2/AULA%20DE%20FADIGA%20E%20FRATURA2.pdf
https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/25699/25699_2.PDF
https://pantheon.ufrj.br/bitstream/11422/8798/1/monopoli10004190.pdf
https://www.aeroflap.com.br/fadiga-investigadores-assimilam-acidente-da-southwest-com-outro-incidente-de-2016/