Mecânica Da Fratura

Mecânica da Fratura

1) Suponha que você foi contratado para atuar no recebimento de materiais em uma determinada empresa. Como parte de suas tarefas, você deve aceitar ou rejeitar lotes de aço. Seu fornecedor propõe usar aço com alto teor de enxofre para facilitar a usinagem.

O projeto mecânico propõe que o equipamento trabalhe numa tensão 1360 Mpa (85% do limite de resistência, previamente analisado). Suponha que o controle de qualidade da empresa só tenha capacidade de detectar trincas de 0,4mm de profundidade (f= 1,12). Você aceitará o lote?

Fadiga se rompe de forma estável vagarosamente depois se rompe sem aviso prévio.

2) Por que, mesmo quando se utiliza um material abaixo de seu limite elástico de tensão, ele pode se romper?

R: Porque todo material, mesmo aquele bem processado e que recebe todo cuidado de polimento em sua superfície, apresenta trincas (mesmo que microscópicas). Além disso, as Intempéries (sol, vento, chuva, Etc.) sofrida pelo equipamento pode leva-lo ao aparecimento dessas trincas.

3) Por que uma pequena trinca presente numa grande estrutura leva a ruptura de um material?

R: Foi observado que a ponta de uma trinca é um concentrador de tensão; assim, nessa região atenção “observada” pelo material é maior que a aplicada, podendo exceder o limite elástico.

4) No estudo de mecânica da fratura existem 2 tipos de enfoque: a mecânica da fratura linear elástica e a mecânica da fratura elastoplástica. Quais as características das duas formas de fratura?

R: Quando um material fratura, se observa a propagação das trincas existentes em sua estrutura até que se rompa. Na verdade, todos os materiais fraturam da mesma forma; há concentração de tensões na ponta da trinca, que será onde ela irá aumentar de tamanho. Assim toda modelagem matemática feita (todas as equações desenvolvidas para estuda-las) será aplicada nessa região. Para facilitar a modelagem, algumas considerações são feitas:

a) Na MFLE considera-se que a ponta da trinca possui uma deformação elástica (ausência de plastificação nessa região). Duas equações são utilizadas: o fator de intensidade (k= tensão Máx/ tensão aplicada) e o estudo de Griffth (tx de alívio) que mede a diminuição da energia da região quando a trinca aumenta (energia potencial de abertura da trinca se transformando em energia cinética necessária para a trinca se abrir).

b) Na MFEP (elástico positiva) considere-se uma plastificação na ponta da fratura. No estudo de COD (cross opening displacement) baseia-se na medição do deslocamento da abertura da ponta da trinca como parâmetro crítico de iniciação do processo de fratura. Já na integral J (Rice) observa-se o campo de tensão ao redor da ponta da trinca.

Fadiga

2) O que é e como se da fratura por fadiga?

R: Fadiga é o fenômeno de ruptura progressiva de materiais sujeitos a ciclos repetidos de tensão ou deformação. Esse número deve ser representativo da vida útil do produto. Uma trinca que o material apresente serve como um núcleo de uma futura fratura. Esse núcleo se propagará, primeiro de uma forma estável, com deformação plástica do material (aspecto de fratura dúctil). Até que há uma propagação rápida e o material se romperá de forma frágil.

O ensaio de fadiga de um material consiste no acompanhamento mecânico de uma amostra submetida a uma carga dinâmica durante um grande número de ciclos, simulando os esforços sofrido pelo material em sua vida útil.

Qualquer tipo de carga cíclica pode ser aplicada a equipamento, porém as cargas senoidais são as mais comuns.

Para se obter dados da vida útil do material pode-se construir gráfico da amplitude da tensão aplicada x número de ciclos.

3) Que cuidados devem ser observados durante o projeto de componentes mecânicos com o objetivo de se obter um melhor desempenho em relação à fadiga?

R: Uma superfície mal acabada contém irregularidades que, como se fossem um entalhe, aumentam a concentração de tensões, diminuindo a resistência à fadiga. Além disso, a forma é um fator crítico, porque a resistência à fadiga é grandemente afetada por descontinuidades nas peças como encontro de paredes, mudanças bruscas de seções.

4) Uma barra cilíndrica de aço 1045 é submetida a uma solicitação cíclica de tração e compressão ao longo de seu eixo. Sendo a amplitude de carregamento