2a PROVA DE FADIGA: >>QUESTÃO 01) Qual a definição de falha por fadiga? Solução: Uma falha por fadiga é caracterizada quando as solicitações internas variáveis (tensão e deformação) na pre presen sença ça de esfo esforço rçoss ext extern ernos os cons constan tantes tes (fo (forças rças e mom moment entos) os) devido devido ao mov movime imento nto da peç peça a (va (vagão gão ferroviário)...
... ou quando as solicitações inernas variáveis devido esforços externos variáveis (forças e momentos) que atuam em um componente qualquer ultrapassam o valor da resistênsia do material da peça (K1>K1C) devido a uma redução gradual da capacidade de carga do componente, pela ruptura lenta do material, consequência do avanço quase infinitesimal das fissuras que se formam no seu interior. Em muitos casos a trinca, que leva à falha, não passa pelo período de nucleação, pois a peça possui trincas previamente existentes devido a defeitos de fabricação. ESSA CAIU NA PROVA >>QUESTÃO 02) Como ocorre a nucleação de trincas em materiais dúteis ? Solução: No caso de materiais dúteis , a nucleação de fissuras ocorre pela formação de planos de deslizamento, provenientes da deformação plástica no grão mais desfavoravelmente orientado. Estes planos surgem já nos primeiros carregamentos, e novos vão se formando com o decorrer do tempo p/ acomodar as deformações plásticas.No regime de alto número de ciclos para a falha, a deformação elástica é predominante, sendo a
nucleação de trincas um fenômento muito raro, ocorrendo em zonas bastante localizadas. >>QUESTÃO 03) Como são formadas as intrusões e extrusões? Solução: Os deslisament deslisamentos os cíclicos cíclicos que formam formam as bandas de deslizament deslizamento o , ocasionam na superfície da peça reentrâncias na forma de pequenas fendas superficiais, chamadas intrusões, e saliências de forma irregular, como minúsculas cadeias de montanhas , chamadas extrusões (fazer analogia com cartas de baralho!)
>>QUESTÃO 05) Qual a importância da curva σ-N? Quais variáveis interferem na vida de fadiga? Comente os efeitos da tensão cíclica (alternante) e das tensões médias não nulas na vida de fadiga? Solução: Curva de tensão alternante aplicada no corpo de prova contra vida (medida em número de ciclos). Permite fazer estimativas de vida (em ciclos) para diferentes níveis de tensão cíclica Processo de nucleação é influencido influencido por heterogenidades heterogenidades do material material o que causa uma dispersão dos resultados nos calculos calculos de vida, por isso vários vários (5 no mínimo) copos de provas são ensaiados ensaiados em um uníco nível de carga podendo ser bastante trabalhoso.
Para níveis mais altos de carga há uma menor dispersão de resultados devido a uma plastificação mais generalizada que homogeniza o material.
orientação do corpo de prova em relaçãoas direções de trefilação ou forja, grau e direção do acabamento superficial, dimensões do corpo de prova, forma da seção amplitude das tensões tensões alternante alternantes, s, transversal, transversal, forma forma do carregamento, carregamento, agressivida agressividade de do meio ambiente, ambiente, amplitude Variáveis Variáveis que interferem interferem sobre a resistência resistência a fadiga: fadiga:
intensidade das tensões médias.
Esta curva tem como característica caracter ística o fato que quanto menor a amplitude das tensões alternantes , maior é a vida à fadiga. Quando uma tensão média, não nula, atua sobreposta a uma tensão alternante ,
a resistência à fadiga do material fica bastatne prejudicada, em especial no caso em que as tensões médias são de tração. Em geral este efeito é representado pro meio de diagramas onde a tensão média aplicada é um parâmetro, ou então uma variável.
>>QUESTÃO 06) Qual o comportamento da tensão e deformação durante o transiente cíclico em um material com encruamento(ensaio com controle de carga)? Solução: Solução: Com a aplicação de tensões, ou deformações cíclicas, ocorrem pequenas deformações plásticas, embora quase imperceptíveis. Apesar de bastante reduzidas, com o carregamento sucessivo elas levam a um rearranjo rearranjo na estrutura estrutura cristalina e a consequentes alterações alterações nas propriedades propriedades mecânicas, mecânicas, que se refletem no Durante a deformação deformação cíclica cíclica desenvolve-se desenvolve-se um laço de histerese histerese provocado provocado pela deformação deformação diagrama. Durante plástica plástica cíclica. cíclica. O material material qdo solicitado solicitado sofre uma alteração alteração na sua rede cristalina, cristalina, com a criação ou aniquilação de discordâncias (discordâncias de mesma orientação repelem-se e de orientações diferentes sobrepõem-se), pelo trabalho plástico cíclico realizado. Assim, o material pode sofrer um amolecimento ou um encruamento durante o transiente cíclico, logo após é atingida uma condição estável onde o laço de histerese se mantêm constante.
QUESTÃO 07) Qual é a definicão e o significado físico do laço de histerese? Solução: É por definição o local geométrico que determina as tensões e deformações em um ciclo. Significa a energia gerada no ciclo e dissipada para o ambiente· >>QUESTÃO 08) Quais parâmetros influênciam na resistência a fadiga das peças ou quais as principais
causas de falhas por fadiga? Solução: A aplicação dos dados obtidos com o corpo de prova não podem ser diretamente relacionados com a peça devido a diferenças como: acab. superficial, tamanho, confiabilidade, temperatura, geometria, etc... 1- Influência do Tamanho: A tensão limite de fadiga diminui com o aumento do diâmetro. K2= fator de tamanho. 2- Influência da Confiabilidade: È a probabilidade de que a peça não falhe por fadiga na vida considerada. Efeito da Temperatura: Quando o material trabalha a temperaturas distintas da ambiente, as propriedades mecânicas alteram-se e portando a resistência a fadiga é influenciada. 3- Efeito Combinado: Com o efeito combinado dos diferentes fatores a tensão σf´é determinada e como os efeitos diminuem conforme a vida fica menor é usual se considerar que a curva de resistencia a fadiga converge para 10^3 ciclos. 5- Influência da concentração de Tensão: A forma como um entalhe em um componente altera a vida à fadiga. Quanto maior for a concentração de tensão menor será a resistência a fadiga. 6- Influência da tensão residual : A tensão residual não altera a tensão alternante que age no ponto mais solicitado, mudando apenas a tensão média, desde que não ocorra o escoamento sob compressão. 7- Influência do acabamento superficial : Na maioria das peças o dano ocorre na superficie, por isso a
importância da mesma. K1= coeficiente de qualidade de acabamento=σf ´/σf. QUESTÃO 09) Discuta os tipos de projeto para Fadiga: Solução: 1)Vida infinita: Tensões atuam suficientemente abaixo da tensão limite de fadiga :
eixos de motores,
engrenagens industriais 2)Falha em segurança: Considera a possibilidade de ocorrência de trincas não a levem ao colapso antes de serem detectadas : fuselagem e asas de aviões, pontes 3)Tolerância ao dano: Parte do princípio que a estrutura já possui uma fissura, são desenvolvidos projetos de modo que as trincas não cresçam: tubulações, reservatórios.
>>QUESTÃO 10) Discuta os critérios para definir as curvas tensão alternante-tensão média? Solução: Critério de Goodman: Considera que a tensão limite de fadiga do material é σr/3, um valor conservativo se comparado com o uso recomendado σr/2. A tensão média fica limitada por σr .
Critério de Goodman modificado: A tensão alternante sobre o eixo vertical passa a ser o valor da tensão limite de fadiga, seja experimental, seja estimado. Podemos usar também uma tensão σn, quando desejamos uma curva que forneça as diferentes combinações de σa e σm para uma vida especificada, agora, de n ciclos. Critério de Sobeberg: O critério de Soderberg é mais conservativo que o de Goodman, já que restringe a tensão média no máximo à tensão limite de escoamento. Quando o critério é usado para representar a resitência do ponto crítico é excessivamente conservativo, impedindo um escoamento localizado e induzindo a um estado de tensões residuais benéfico. Critério de Gerber: Mostra um bom ajuste com os resultados experimentais . O critério adota uma curva quadrática passando por σn e σr simétrica ao eixo vertical.
>>QUESTÃO 11) Como é calculada a vida de propagação para peças com trincas pré-exixtentes? Solução: A vida é calculada unicamente pela propagação do defeito desde seu tamanho inicial até o correspondente tamanho crítico, que depende do material, do carregamento e da geometria. A previsão de vida depende diretamente da velocidade de propagação da trinca, da/dn, a qual é função da solicitação cíclica no extremo da trinca, caracterizada por ΔK. A vida útil depende da velocidade de crescimento da trinca, desde um tamanho microscópico até o tamanho crítico requerido para ruptura final. A trinca no início cresce lentamente, porém, conforme aumenta de tamanho a velocidade aumenta rapidamente, levando a ruptura num curto prazo de tempo.( gráfico da/dn – ΔK)
>>QUESTÃO 12) Descreva como a curva tensão-deformação cíclica é obtida. Solução: Primeiro, definir o parâmetro: amplitude de tensão ou deformação cst . Caso 1: Após n ciclos, o material sofre endureciemtno cíclico ,
até que o laço de histerese não se altera,
alcançando a estabilização. Caso 2: Solicitar um mesmo corpo de prova com blocos de solicitação cíclica (A=cst). Uma vez atingido o nível estável de tensão a deformação é aumentada, um novo bloco de solicitação é formado por blocos onde a deformação varia linearmente de zero até um máximo.
QUESTÃO 13) Discuta a diferença entre a curva de resistência a fadiga para o material e para a peça. Como isto é levado em consideração no uso do diagrama tensão-vida? Solução: Material → média zero e amplitude cst → medido através de ensaios realizados com corpos de prova; Peça→ resistência que esta apresenta qdo em serviço. Existem diversos aspectos que alteram a resistência à fadiga do componente, são alguns: acab. superficial,... (ver resistência a fadiga). Para corrigir os efeitos citados, podemos estimar σf´(tensão limite de fadiga do componente) por: σf´= K1.K2.K3....Kiσf (gráfico) >>QUESTÃO 14) Fale sobre o efeito de uma tensão residual sobre a vida de fadiga de uma peça analisando o seu ponto crítico. Solução: Quando Kt·σ0 excede σe, quando da descarga do primeiro ciclo de carga forma-se um estado de tensões residuais(ver fórmulas ). A tensão residual não altera a tensão alternante que age no ponto mais solicitado, mudando apenas a tensão média, desde que não ocorra o escoamento sob compressão. O método da tensão residual considera o desenvolvimento de tensões residuais, de tal forma que a máxima tensão do ciclo de carga não ultrapasse a tensão limite de escoamento cíclica.
