INTRODUÇÃO À FADIGA

INTRODUÇÃO À FADIGA DOS MATERIAIS CONCEITUAÇÃO ENFOQUES PARA SOLUÇÃO DO PROBLEMA CASOS DOCUMENTADOS FENOMENOLOGIA

CONCEITUAÇÃO: O termo fadiga compreende a análise do comportamento mecânico de materiais de engenharia, ou seja, a resposta oferecida por estes materiais, quando submetidos a carregamentos dinâmicos e pode ser abrangentemente definida como: “deterioração progressiva do estado do material até que, pela incapacidade de sustentar as solicitações mecânicas aplicadas, ocorra a fratura do material.”

CONCEITUAÇÃO: É um fenômeno localizados, progressivos e cumulativos, que depende dos detalhes da geometria, do material e dos níveis de tensão atuantes nos PONTOS mais solicitado da peça Geralmente é caracterizado por uma evolução lenta, gradual e aditiva A geração e a propagação da trinca não provocam mudanças evidentes no comportamento da estrutura, em geral não há avisos prévios de falha iminente, e a fratura final da peça é súbita, com conseqüências possivelmente catastróficas, como ilustrado a seguir

Fenomenologia

Fenomenologia o trincamento por fadiga é provocado pela repetição das cargas alternadas, e depende da sua gama Ds a iniciação das trincas é causada por Ds, que gera em metais a movimentação cíclica de discordâncias, as quais se juntam em células e formam bandas de deslizamento persistente, para aos poucos formar intrusões e extrusões na superfície da peça

Os mecanismos de fadiga: Escorregamento cíclico; Iniciação de trinca; Estágio I de crescimento da trinca; Estágio II de crescimento da trinca; Fratura.

Esquema da Fase Inicial do Trincamento por Fadiga Intrusões e extrusões na superfície de um corpo de prova de Ni.

Esquema da Fase Inicial do Trincamento por Fadiga Intrusões e Extrusões 100mm

Esquema da Fase Inicial do Trincamento por Fadiga estágio inicial do trincamento por fadiga em uma liga de Al comprimento da micro trinca cerca de 20mm (após 103 ciclos)

Esquema da Fase Inicial do Trincamento por Fadiga direção do carregamento

Esquema da Fase Intermediaria do Trincamento por Fadiga a principal característica microscópica das trincas de fadiga é a presença de estrias, só visíveis num MEV estrias são causadas pelo crescimento da trinca a cada ciclo de carga, através de um mecanismo de cegamento e afiamento sucessivo da sua ponta

Esquema da Fase Intermediaria do Trincamento por Fadiga O espaçamento entre as estrias quantifica o crescimento da trinca em cada ciclo de carga 1 mm/Ciclo

Fase Intermediária do Trincamento por Fadiga - Fractografia: Marcas de Rio e de Rios Marcas, que são visíveis a olho nu, estão relacionadas ao carregamento indutor da falha Marcas de Rio (Radiais) Partem do Início da Trinca Marcas de Rios Marcas de praia (Concêntricas) Apontam direção de evolução da Trinca Marcas de Praia

Fase Final do Trincamento por Fadiga

Resultado Final do Processo de Fadiga

Fratura por fadiga: Eixo:

Fratura por fadiga: Fratura de dente de um pinhão:

Fratura por fadiga: Fratura por fadiga de um pedal de bicicleta.

Fratura por fadiga: Barra de pedal de bicicleta.

DC-9 Fraturado durante um Pouso Normal Fratura por fadiga: DC-9 Fraturado durante um Pouso Normal

Fadiga nas Aletas de uma Turbina a Jato Fratura por fadiga: Fadiga nas Aletas de uma Turbina a Jato

Gasoduto na Sibéria – Fraturou por Vários km Fratura por fadiga: Gasoduto na Sibéria – Fraturou por Vários km

Falha em Tubulação de Gás devido a Corrosão sob Tensão Fratura por fadiga: Falha em Tubulação de Gás devido a Corrosão sob Tensão

Fratura por fadiga: Navios de Liberdade – Tinham uma Tendência de Fratura ao Meio e em Alto Mar

Falha iniciada na raiz de um dos furos da Roda Fratura por fadiga: Roda Dentada Falha iniciada na raiz de um dos furos da Roda

Vaso de Pressão de Hidrogênio que Fraturou Durante Enchimento Fratura por fadiga: Vaso de Pressão de Hidrogênio que Fraturou Durante Enchimento

Vaso de Pressão que Fraturou Durante Teste Hidrostático Fratura por fadiga: Vaso de Pressão que Fraturou Durante Teste Hidrostático

Rotor de um Motor Elétrico Fratura por fadiga: Rotor de um Motor Elétrico

Falha em Estrutura Metálica devido a fadiga nos parafusos de fixação Fratura por fadiga: Falha em Estrutura Metálica devido a fadiga nos parafusos de fixação

Pá de uma Turbina de hidrogerador Fratura por fadiga: Pá de uma Turbina de hidrogerador

Fratura por fadiga: Pá de uma Turbina a Gás

Cabos de Transmissão de Energia Fratura por fadiga: Cabos de Transmissão de Energia

Fratura por fadiga: Rodas Ferroviárias

OUTROS CASOS

Point Pleasant, West Virginia E.U.A., 1967 Silver Bridge Point Pleasant, West Virginia

Havaí, 1988 Aloha Airlines, Vôo 243 Boeing 737-200

"Wilhelm Conrad Röntgen" Alemanha, 1998 Trem ICE 884 "Wilhelm Conrad Röntgen"

OBJETIVOS BÁSICO DE UMA ANÁLISE DE FADIGA: Garantir a integridade estrutural de componentes mecânicos durante a sua vida operacional é um dos mais importantes desafios com que se defrontam os Engenheiros Mecânicos.

“Projeto para Vida Segura” : COMO ATACAR O PROBLEMA ? “Projeto para Vida Segura” : Assume-se que o material está livre de defeitos e dimensiona-se o componente para operar a níveis de tensão suficientemente baixos que evitem o crescimento de trincas. Portanto, dadas as condições de carregamento, procura-se estabelecer uma “vida segura” para a estrutura.

COMO ATACAR O PROBLEMA ? “Projeto Tolerante ao Dano” Assume-se, de princípio, que o material contém ou irá desenvolver falhas ou defeitos – trincas – que afetarão a capacidade do componente de resistir às solicitações mecânicas mas sem que isso comprometa a operacionalidade da estrutura, pelo menos temporariamente.

Fratografia