Ensaio de Fadiga, Notas de estudo de Engenharia Mecânica
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Ensaio de Fadiga
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ENSAIOS DE FADIGA

Ensaios de Fadiga

Introdução Carregamentos de F adiga Análise de Fad iga Métodos

S-N(Tensão X N0 de Ciclos) -N (Deformação X N0 de Ciclos) da/dN(Taxa Crescimento da Trinca)

Fraturas por Fadiga Ensaios de Fadiga Fatores que influenciam a Resistência à Fadiga

Demonstração no Laboratório

Ocorre quando peças ou componentes estão submetidos a esforços cíclicos;

Caracterizada pela formação e propagação lenta de trincas microscópicas;

Causa fratura frágil em materiais dúteis; Responsável por 90% das Falhas em componentes e peças.

EXEMPLOS DE CARREGAMENTO SUJEITOS À FADIGA

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Carregamento de Fadiga

Tensões cíclicas - esforços repetitivos Qualquer carregamento que varie com o tempo pode causar fadiga. Os tipos de carregamento são:

- AMPLITUDE CONSTANTE

- Amplitude variável

Tensão cíclica mais comum - Função Senoidal

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Análise de Fadiga

Necessária para estimar a vida dos elementos submetidos a carregamentos cíclicos. O método mais confiável é através de testes realizados na própria estrutura. como demandam tempo e dinheiro, utiliza-se corpo de provas com o material usado.

Exemplos de protótipos:

Seringa Coluna cervical

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Métodos de Ensaio

Método S-N (Alto Ciclo)

Fadiga por tensão controlada Variação da tensão com número de ciclos através diagrama S-N Carregamento reverso, R= -1 Deformação elástica controla a falha Ensaio pela norma ASTM E-466 Curva de Whöler

a – Material com limite definido b – Material com limite indefinido

Efeito da tensão média na estimativa de fadiga: - Aumento da tensão média = decréscimo limite fadiga. - Tensão média positiva diminui, enquanto tensão negativa Aumenta limite de fadiga

Estimativa carregamento não reverso (goodman)

Método -n(fadiga de baixo ciclo) Fadiga por deformação controlada Tensões altas para causar deformações plásticas Norma ASTM e-606

Método -N (Fadiga de Baixo Ciclo)

Os efeitos das deformações plásticas e elásticas são avaliados pela vida de transição (N)t – Número de ciclos até a falha.

Quando o número de ciclos projetado N for menor que a vida de transição, N (N)t, a análise deve ser pelo método -N (Fadiga de Baixo Ciclo). Quando N (N)t, devemos usar o métodoS-N. Exemplo: suspensão de automóvel

Método do crescimento da trinca Regra de Paris: Taxa de propagação da trinca - da/dN - depende do fator de intensidade de tensões K. Fases da curva sigmoidal

Resumo da utilização dos métodos As metodologiaspodem assim ser resumidas:

1. o método S-N ou de Whöhler, relaciona a história das tensões (macroscopicamente elásticas) atuantes na raiz do entalhe, com a vida à fadiga de pequenos corpos de prova testados sob carregamentos simples. MLEF 2. o método -N ou de Coffin-Manson, reconhece as deformações elastoplásticas cíclicas atuantes no ponto crítico da peça, e também as correlaciona com a vida de pequenos corpos de prova.MEPF 3. o método da/dN ou de Paris, baseado nos conceitos da mecânica da fratura,que é usado para quantificar a propagação das trincas de fadiga e com isto controlar o tamanho de trinca crítico, no controle de peças.

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Fraturas por Fadiga

Tipos de fratura

As fraturas contam a “história” da peça. Apresentam características que indicam o modo da fratura de acordo com o tipo de carregamento aplicado.

EXEMPLOS MACROSCÓPICOS

EXEMPLOS MICROSCÓPICOS

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Ensaios de Fadiga

Tipos de ensaios de fadiga Os equipamentos de ensaio de fadiga são constituídos por um sistema de aplicação de cargas, que permite alterar a intensidade e o sentido do esforço, e por um contador de número de ciclos. O teste é interrompido assim que o corpo de prova se rompe. O ensaio é realizado de diversas maneiras, de acordo com o tipo de solicitação que se deseja aplicar: - torção; - tração-compressão; - flexão; - flexão rotativa.

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Fatores Influentes

Diminuem a resistência à fadiga Superfície mal acabada (irregularidades=conc. de tensões) Defeitos superficiais causados por polimento Tratamentos superficiais: cromação, niquelação (introduzem tensões residuais) Ambiente químico corrosivo(acelera a propagação trinca) Forma da peça(concentradores de tensão) Defeitos metalúrgicos como: inclusões; poros etc.

Aumentam a resistência à fadiga Estrutura granular refinada Microestruturas estáveis Tratamento térmico adequado Presença de tensões residuais compressivas

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Demonstração no laboratório

FIM

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