A Fadiga em Elementos Mecânicos

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Fadiga

Leandro Schunemann - 56097

Rio Grande, setembro de 2020

ITEM 1 - Descrever o fenômeno da fadiga:

        

        Pode-se descrever o fenômeno da fadiga como redução gradativa das propriedades mecânicas de um material sob carregamento dinâmico, levando a um crescimento lento de trinca(s) até sua fratura, sendo responsável por até 90% das falhas apresentadas em componentes mecânicos submetidos a esse tipo de carga.

        Esse fenômeno pode ocorrer em todas classes de materiais, até mesmo para tensões baixas onde não se observa deformação plástica significativa. A cada alteração do estado de tensões, o avanço quase infinitesimal das fissuras que se formam, essas que se aceleram pela presença de concentradores de tensões, vai diminuindo a capacidade de carga do material até atingir um tamanho crítico suficiente para sua ruptura que acontece geralmente de maneira abrupta gerando risco à vida humana, com característica macroscópica de fratura frágil.

        Do ponto de vista microscópico, o fenômeno da fadiga é complexo, com diversas variáveis difíceis de modelar, ocasionando variação de resultados de um caso pra outro. Em condições reais há muitos fatores de influência como descontinuidades granulares do material, temperatura de operação, exposição a corrosão, entre outros.

        O esquema abaixo ilustra o processo básico do fenômeno.

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ITEM 2 – Exemplos de componentes projetados para carregamentos dinâmicos. Classificar os elementos em vida finita ou infinita e escolher um exemplo para cada classificação e justificar:

Podemos citar como alguns exemplos de componentes projetads para carregamento dinâmico: paredes de vasos de pressão e tubulações, treliças de guindastes, fuselagem de aviões, suspensão de veículos, entre outros.

Projeto para Vida Infinita: Essa denominação significa que o componente possui uma vida tão longa em termos de fadiga que tende a não falhar por esse fenômeno. Em aços carbono, por exemplo, o número de ciclos deve ser superior a 10^6 ou 10^7. Esse critério solicita que todas tensões estejam abaixo do limite da fadiga. De maneira geral, as peças que operam com carregamento cíclico aproximadamente constante durante os milhões de ciclos devem ser dimensionadas para vida infinita. Pode-se citar como exemplo de componente com vida infinita chassi de uma moto projetado para uma vida maior do que 10^7 ciclos pelo seu poder de colocar vidas em risco. A figura a seguir ilustra um exemplo de chassi.

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Projeto para Vida Finita: Para esse caso, significa que o componente tende a falhar por fadiga em um número de ciclos determinado, tendo divisões em fadiga de alto e baixo ciclo dependendo de quantos ocorrem até a nucleação da trinca ou falha total da peça. É adequado nas ocasiões onde as condições de carregamento são imprevisíveis ou inconstantes, onde a carga máxima projetada irá acontecer poucas vezes ao longo da vida útil da peça. Essa vida projetada deve conter uma margem de segurança que leva em consideração a dispersão da vida de fadiga e outros fatores desconhecidos ou desconsiderados. Pode-se citar como exemplo de componente para vida finita os cabos de içamento de cargas projetados para uma vida útil < 10^6 ciclos, onde o risco de operação é controlado. A figura a seguir ilustra um exemplo de cabo de içamento.