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Ensaio de Fadiga
EM-641
ENSAIO DE FADIGA
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Ensaio de Fadiga
EM-641
Ensaio de FadigaDEFINIÇÃO:
Aplicação de carga cíclica em um CP;
Extremamente empregado na indústria automobilística e aeronáutica
Mais empregado é o de flexão rotativa
Fornece dados quantitativos de resistência e analisa a formação de trincas;
Sofre influência: T,ambiente, microestrutura, propriedades do material;
MÁQUINA DE ENSAIO:
Durante o ensaio registra-se Carga (P) em função de número de ciclos (Nf)
Motor
Corpo-de-provaContador
de Rotações
Carga
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Ensaio de Fadiga
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Flexão Rotativa com controle de temperatura
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Ensaio de Fadiga
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Ensaio de Fadiga em Molas
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Ensaio de Fadiga
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TIPOS DE TENSÕES:
σ C o m p ressão
σ T ração
T em po
C ) Tensão irregular a lea tória (V ibrações C om plexas)
T em po
m ín
σ
σ σ
σ C o m p res são
σ T raç ão
σ m ín
m áx
pico
σrσa
vale
T em po
A) Tensão a lte rnada (idea l)
B ) Tensão flu tuante
P e río d o d e1 c ic lo
σ m áx σ m ín
σ M = 0
σ m ín
σ m áx
σr
σa
σ C o m p res são
σ T ração
σ M
P e río d o d e1 c ic lo
m áx
σ M 0=
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Fadiga em Fuselagem: após 89.000 ciclos dedecolagem/pouso: pressurização/despressurização
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Trinca por Fadiga iniciada na parte superior frontal da fuselagem
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Tensão Média (σM):
2mínmáx
Mσ+σ
=σ
Intervalo de Tensões (σR):
mínmáxr σ−σ=σ
Amplitude de Oscilação (σa):
22mínmáxr
aσ−σ
=σ
=σ
Razão de variação de tensões (Rf):
máx
mínfR
σ
σ=
Exemplo de tipos de tensões
B a s c u la n te
E n g re n a g e m
E ix o 2 (E n g a s ta d o )
T a m b o r
B a s c u la n te
M o to rE n g re n a g e m e
E ix o 1
E ixo 2T a m b o r
C a ix a d eR e d u ç ã o
h 0
nh
1h2h
....
C a b o
C a b o
E ix o 1 (L iv re )
M o to rC a ix a d e
R e d u ç ã o
C a rg a 1 N ív e l h 1
N ív e l h 2
N ív e l h n
C a rg a 2
C a rg a n ....
P in h ã o
P in h ã o
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Eixo 1: tensão alternada
Engrenagem/pinhão
Plano deTangência(Contato)
PP
AR
Dente daEngrenagem
Dente doPinhão
R
Eixo (1)fletido devido
à carga R
Pinhão
Eixo 1Pinhão
Ponto 1
Ponto 2
(Fletido)
Rotação
t
t + t∆
Ponto 1
Ponto 2
Ponto 2
Ponto 1
Tração
Compressão
Tração
Compressão
Tensão no ponto 1
Tensão no ponto 2tempott + t∆
traçãoσ
compressãoσ
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Eixo 2: tensão flutuante
Sistema de elevação
σ
Tempo
Tensão no nível hn
máxσTensão
mín
com carga máxima
Período de 1 ciclo
Período de Subida
Período de Descida
Desligado
Eixo 1: tensão pulsada
Ligação motor
Tempo
MAXτ
Tensão
Transienteapós Ligado
Período de Funcionamento
Transienteapós Desligado
(Regime permanente)
de CisalhamentoDesligadoPeríodo
LigadoPeríodo
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RESULTADOS DO ENSAIO: Curva σ x N ou Curva de Wohler
1E+1 1E+2 1E+3 1E+4 1E+5 1E+6 1E+7 1E+8 1E+1 1E+2 1E+3 1E+4 1E+5 1E+6 1E+7 1E+8
Número de Ciclos, N
σ [MPa]
Não ocorre rupturapor Fadiga
Curva típica para:Aço-CLigas de TiLigas de MoFerrosos em geral
σRf
Número de Ciclos, N
σ [MPa]
Curva típica para:AlumínioCobreNão Ferrosos em geral
σf
σf
σf1
2
1Nf 2Nf(A) (B)
Limite de resistência à fadiga (σRf) = patamar horizontal
Resistência à fadiga (σf) = tensão na qual rompe para um no 107 - 108 ciclos
Vida à fadiga (Nf) = no de ciclos que causará ruptura para uma tensão
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2 3 4 5 6 7 89 2 3 4 5 6 789 2 3 4 5 6 789 2 3 4 5 6 7 89 2 3 4 5 6 7 89
1E+4 1E+5 1E+6 1E+7 1E+8 1E+9Número de Ciclos, N
0
200
400
600
800
1000
1200
Aço ferramenta
Liga de alumínio
em Fadiga = 400 MPaLimite de Resistência
para 10 ciclos = 50 MPaResistência à Fadiga
Vida em Fadiga para 600 MPa de tensão = 10 ciclos
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5
Tensão Aplicada [MPa]
150 MPa
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Tipos:
Fadiga em Baixo Ciclo
menor que 104 ciclos
altas tensões
deformação plástica
Fadiga em Alto Ciclo
maior que 104 ciclos
baixas tensões
comportamento elástico
Resultados:
Técnicas estatísticas:
requer grande no CP
trabalha com curvas de probabilidade
varia-se a tensão de um valor máximo até
não mais ocorrer fratura
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Tensões limites:
construção de gráficos
máxima e mínima
regressão e técnicas matemáticas
Método escada:
25 CPs e consiste em perseguir por tentativa
o no de ciclos onde ocorre fratura
ensaia 1 CP a uma tensão próximo a estimada para σf
se romper < 107 ciclos, diminui a tensão ∆σ
continua até que CP não rompa para N = 107 ciclos
após, eleva-se a tensão até atingir uma tensão que rompa
Reverte o procedimento para todos os CPs
+σ∆+σ=σ
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NA.
minFFm
+
−σ∆=δ 029,0
N
AB.N..62,12
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Resistência Média à Fadiga
Desvio Padrão
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Resultados Obtidos no Método Escada:
Tensão[MPa]
Corpos com ruptura, i
Corpos sem ruptura, ni
i.ni i2.ni
340330320310300
23410
01241
03840
09
3240
Total ------- N = 8 A = 15 B = 45
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18Número do Corpo de Prova
250
260
270
280
290
300
310
320
330
340
350
360
370
380
390
400
Ruptura
Sem Ruptura
Dados para o Método Escadada determinação da tensão de fadigapara 10 ciclos7
Tens
ão [
MPa
]
MPa 8,32321
815.0,10300Fm =
++=σ
MPa 6,34029,08
1545,8.0,10.62,12
2=
+
−=δ
( )MPa 6,348,323F ±=σ
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Fratura de Fadiga:
Inclusão
PoroTrinca
Defeitos Internos
Superfície
Defeitos Superficiais
Entalhe ou trincade superfície
Superfície
Deslizamento de Planos
Planos emDeslizamento
- Nucleação
- Propagação
- Falha catastrófica
Superfícies com Imperfeições
Pontos de concentração de tensões
Defeitos superficiais
Nucleação de trincas internas ou externas :
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Superfície Isenta de Defeitos
Bandas de deslizamentos
Defeitos internos
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P la no dede s liza m e nto
σ A
T e m p o
σ C
σ B
σ D
σ E
σ F
σT e n s ã o ,
σ B
σ A
σ A
P la no s dede s liza m e nto
45 o45 oT r in c a in ic ia l
o u e n ta lh e
σ B
45 o
45 o
45 o
D e s liz a m e n to d e p la n o
A b e r tu raa m p la d e tr in c a
σ C
σ C
A rre d o n d a m e n top lá s tic o d a p o n ta d a tr in c a
a a∆
a∆a - C o m p rim e n to d a tr in c a
- A v a n ç o d a tr in c a
(A )
(B )
(C )
(D )
a∆ a∆
σ D
σ D
σ E
σ E
σ F
σ F
(E )
(F )
(G )
Propagação cíclica da trinca:
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Liga aço-Ni-Cr
Cobre deformadoa frio
Aspectos da superfície:
microscópico = estrias
macroscópico = marcas de praia
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Falha Catastrófica:
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Fatores de Influência na Resistência à FadigaTensão Média:
______
1E+1 1E+2 1E+3 1E+4 1E+5 1E+6 1E+7 1E+8
Número de Ciclos, N(A)
R = + 0,3R = 0R = - 0,3R = - 1,0
R =σmín
σmáx
σmáx
1E+1 1E+2 1E+3 1E+4 1E+5 1E+6 1E+7 1E+8
Número de Ciclos, N
=____________σM +σmínσmáx
2
< σM4σM3σM2σM1 < <
(B)
σM4
σM3σM2σM1
σa
Efeitos Superficiais e Fatores de Projetos:
(A) (B) (C)
Imperfeição mais crítica
(A) Projeto com ângulo reto (B) Projeto com eliminaçãode ângulos retos
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Fatores de Influência na Resistência à FadigaDiagrama de Goodman:
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Tratamentos Superficiais:
Tratamentos Térmicostêmpera , normalização
Tratamentos Termoquímicoscementação , nitretação
Tratamentos Mecânicosdeformação à frio , jateamento , etc
Fadiga Térmica:
Fadiga à Corrosão:
pontos superficiais : pits
(A) Flexão de barra sem tensão residual
σ Tração
σ CompressãoMF MF
(B) Tensão residual na superfície após tratamento superfícial
σ Residual
σ Residual
(C) Flexão de barra com tensão residual
MF MF
σ Tração σ Residual+
σ Compressão σ Residual+
σ α α= − E ( T = E To T ) ∆
aEF .=
σα k
.
↑ a ⇒ boa resistência à fadiga
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Automatic multi-nozzle peening of compressor blade assembly
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PROCEDIMENTO DE ENSAIO:
» Norma técnica ASTM E 1150, 466 e 468
» Fixação do c.p.
»Pode ser no próprio componente
»Confecção dos CPs
»Superfície isenta de defeitos (espelhadas)
»Área de teste maior que 3D
»Direção de laminação
»Dados de relatório:
identificação CP
direção de laminação
aspecto da fratura
método de análise dos resultados
L
RD
R
L
RW
RW
R
W
R
t t
(A) (B)
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Exercício 39