TRABALHO DE DESENVOLVIMENTO AO PRODUTO INTEGRADO IV

FACULDADE DE TECNOLOGIA DE SÃO JOSÉ DOS CAMPOS

FATEC PROFESSOR JESSEN VIDAL

ENSAIO DE FADIGA

TRABALHO DE DESENVOLVIMENTO AO PRODUTO INTEGRADO IV

São José dos Campos

2014

Sumário

1.        Introdução        

2.        Metodologia        

3.        Equacionamento        

4.        Resultados        

5.        Referências        

1. Introdução

Todo material quando exposto a esforços repetitivos podem se romper com uma carga bem menor à carga máxima atingida na tração ou na compressão que quando submetidos à tração. Neste caso temos a ruptura por fadiga do material. Sendo assim será feito testes com diferentes corpos de prova de Alumínio, para ver qual seu comportamento quando submetido ao ensaio de fadiga.

Um metal rompe-se por fadiga, quando a tensão cíclica aplicada, tem grande flutuação e é maior que o valor característico de cada metal. Quando uma peça for submetida a tensões cíclicas durante sua vida útil, deve antes passar por esse ensaio. Fadiga também pode ser definida como propagação gradual de fissuras provocadas por variações de tensões no material estrutural. Assim como o fenômeno da diminuição da resistência em consequência da repetição muito frequente de ações.

A definição do limite de fadiga corresponde a uma tensão abaixo do qual o material suporta um número de ciclos infinitos sem se romper.

Assim um ciclo de tensão é a menor parte da função tensão-tempo que é periódica e identicamente repetida. E graficamente é representada pela curva S-N como se vê na Figura 1, o S que vêm da palavra inglesa Stress que significa tensão e o N é o número de ciclos. Tem-se por definição que a tensão cíclica é são esforços que se repetem por regularidade e é representada por uma função senoidal no qual os valores de tensão são representados no eixo das ordenadas e o número de ciclos no eixo das abscissas. As tensões de tração são representadas positivamente e as de compressão negativamente.

[pic 1]

Figura 1- Curva S-N

Para alguns materiais, em especial os materiais não ferrosos como o alumínio, a curva obtida no diagrama S-N é decrescente, portanto é necessário definir um número de ciclos para obter a correspondente resistência à fadiga. O efeito de concentração de tensão é um fator crítico, porque a resistência à fadiga é muito afetada por descontinuidades nas peças, como cantos vivos, encontro de paredes e mudanças bruscas de seções como se vê na Figura 3.  Sempre que possível deve-se evitar a concentração de tensão, como por exemplo, o rasgo de chaveta é um elemento que concentra tensão e consequentemente diminui a tensão a fadiga como é possível ver na Figura 2. Também se pode encontrar concentração de tensão em peças com superfícies mal acabadas.

Figura 2 - Mínima concentração de tensão

[pic 2]

Figura 3 - Máxima concentração de tensão

[pic 3]

A ruptura tem início numa pequena trinca ou falha superficial que devido aos esforços cíclicos é propagada e ampliada. A fratura geralmente apresenta-se fibrosa na região da trinca e cristalina na região da ruptura como representado na Figura 4.

Figura 4 - Ponto de Ruptura

[pic 4]

1. Metodologia

Para ensaios foi utilizado um equipamento para fazer os testes de fadiga, produzido a partir de um limpador de para-brisas de automóvel, um contador de ciclos, que tem seu funcionamento a partir do movimento de “vai e vem” desenvolvido pelo motor, transferindo seu movimento para um haste metálica. O motor presente faz movimento rotativo, seguindo a metodologia biela-manivela.

Abaixo ilustram algumas imagens de nosso mecanismo de ensaio;

Figura 5. Imagem da máquina em funcionamento.

[pic 5]

Figura 6. Fixador do CDP com proteção metálica.

6[pic 6]

Figura 7. CDP fadigado com 18977 ciclos sem a proteção metálica.

[pic 7]

1. Equacionamento

Para os cálculos foram utilizadas as seguintes equações:

2.1. Cálculos do momento de Inércia para corpo de prova (CDP) retangular:

[pic 8]

2.2. Cálculos da flexão:

[pic 9]

2.3. Calculo da Tensão:

[pic 10]

Todos os cálculos foram feitos em planilha eletrônica.

1. Resultados

Os dados na Tabela abaixo, referem-se ao medidas dos corpos de prova.

Dado	Valor	Unidade
Espessura	1	mm
Base	28	mm
Comprimento	160	mm
Peso	0,2	kg
Flexa	70	mm
Tensão	15428,57	N/mm²
Tensão	22,3765	Ksi

Para os ensaios foram utilizados dois métodos:

• O primeiro método foi a fixação do corpo de prova direto no objeto de apoio.

Deste método obteve-se o seguinte resultado:

Sem a base e apoio
Ɵ = 23.66°
Amostra	N° Ciclos
1	18977
2	18516
3	22998
4	21645
5	19696

• No segundo método o corpo de prova foi fixado junto a uma proteção, que fica localizada entre o corpo de prova e o prendedor, conforme ilustra a imagem 6.

O que resultou em um aumento do número de ciclos significativamente, vide tabela abaixo os resultados dos ciclos para os cinco corpos de prova.

Com a base de apoio
Ɵ = 23.66°
Amostra	N° Ciclos
1	46587
2	44823
3	45815
4	48861
5	44128

Ambos os ensaios foram feitos com o deslocamento de 70mm do CDP, que resultou em um ângulo de 23,63°.