Projecto à Fadiga

1- Projecto à fadiga

1- A fadiga dos metais começa geralmente na superfície das peças, onde se processa a nucleação das fendas. Portanto, o estado da superfície de uma peça afecta significativamente a resistência à fadiga. Fale sobre os vários factores que influenciam o estado de superfície e indique as principais formas de melhorar a resistência.

Os principais factores que influenciam o estado da superfície de uma peça, nomeadamente no que respeita na sua resistência à fadiga são:

 O acabamento superficial;

 A concentração de tensões;

 O estado metalúrgico do material na superfície;

 Os revestimentos;

 As tensões residuais na superfície.

A concentração de tensões e um acabamento superficial deficiente favorecem a nucleação de fendas e reduzem a resistência à fadiga. Como tal, de forma a melhorar a este processo é conveniente, sempre que possível, usar processos tecnológicos (como é o caso da grenalhagem de pré-tensão) que permitam um bom acabamento superficial sempre que estejamos perante uma situação de rotura por fadiga.

Um outro factor que afecta significativamente o estado de superfície de uma peça é o estado metalúrgico do material à superfície. Deste modo, todos os tratamentos superficiais que permitam obter camadas superficiais com uma maior resistência à tracção (como é o caso da cementação, da carbonutrição e da têmpera superficial) devem ser postos em prática para que conduzam a um aumento do processo de resistência à fadiga.

Os revestimentos, por sua vez, aumentam também a resistência à fadiga visto que há uma modificação do acabamento superficial, evitando a acção do meio ambiente sobre o metal base. Como tal, podemos evitar a rotura devido ao processo de corrosão.

Finalmente, falta-nos apenas fazer referência ao efeito das tensões residuais na superfície. Estas desempenham também um papel fundamental no aumento da resistência à fadiga uma vez que se juntam às tensões do ciclo aplicado, podendo aumentar ou diminuir a tensão média. Assim, se as tensões residuais são de tracção verifica-se uma tensão média superior pelo que a resistência à fadiga é diminuída. Já o contrário permite que a resistência à fadiga seja melhorada, ou seja, se as tensões residuais forem de compressão. As tensões superficiais de compressão podem ser obtidas por laminagem superficial, grenalhagem e por outros processos mecânicos.

2- No estabelecimento da tensão admissível de uma peça solicitada à fadiga considera-se um factor de fiabilidade. Indique as razões que tornam necessária a utilização deste factor. Qual o seu significado? Descreva como se obtém.

A razão pela qual se torna necessária a utilização do factor de fiabilidade, , deve-se ao facto de, na generalidade das situações, ser desejável utilizar em projecto uma maior fiabilidade para reduzir o risco de rotura. Deste modo, entra-se então com o respectivo factor que é definido por:

Sendo:

- Desvio padrão médio

- Variável normalizada correspondente a uma dada fiabilidade

O seu valor é obtido em função dos parâmetros e que, por sua vez, são obtidos utilizando as curvas de distribuição de Gauss.

3- Indique qual o efeito da tensão média na resistência á fadiga e quais os critérios usados para modelar a sua influência. Represente-os graficamente.

A tensão média, , é definida por:

Sendo:

- Valor máximo da tensão

- Valor mínimo da tensão

No que respeita ao efeito da tensão média na resistência à fadiga podemos dizer que esta última altera significativamente as curvas S-N, visto que à medida que a tensão média, , aumenta verifica-se uma redução tanto na tensão limite de fadiga, , como na resistência à fadiga para vida finita.

Existem algumas teorias que procuram traduzir matematicamente os resultados experimentais em que se analisa o efeito da tensão média na resistência à fadiga. Essas teorias são:

 O critério de Goodman;

 O critério de Soderberg;

 O critério de Gerber.

O critério de Goodman é definido por:

Sendo:

- Tensão admissível de fadiga;

- Tensão limite de fadiga;

- Tensão média;

- Tensão de rotura.

O critério de Soderberg, por sua vez, é definido por:

Sendo:

- Tensão de cedência.

O critério de Gerber, finalmente, é definido por:

Em que os parâmetros intervenientes na expressão anterior foram já definidos.

Em termos gráficos, os critérios mencionados relacionam-se da seguinte forma:

Figura 1.1 – Critérios de Goodman, Soderberg e de Gerber

4- Indique os vários tipos de ciclos de tensão de fadiga e caracterize-os com base nos parâmetros , , e . Defina estes parâmetros.

O processo de fadiga ocorre quando as solicitações são dinâmicas, isto é, há uma variação com o tempo que, com a variação dos ciclos de carga, se traduzem em ciclos de tensão de fadiga. Estes últimos, por sua vez, distinguem-se em:

 Ciclos de amplitude de tensão constante;

 Ciclos de amplitude de tensão variável.

Os de amplitude de tensão constante podem ser:

 Alternado Puro ( ):

Figura 1.2 – Ciclo Alternado Puro

 Alternado ( ):