Relatório 4 - Ensaio de Fadiga

7/17/2019 Relatório 4 - Ensaio de Fadiga

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Laboratório de Materiais de Construção Mecânica II

UNESP – Universidade Estadual Paulista

“Julio de Mesquita Filho” – Campus de Ilha SolteiraFEIS – Faculdade de Enenharia de Ilha Solteira

!epartamento de Enenharia Mec"nica

#a$orat%rio de Materiais II

Ensaio de Fadia

!iscentes&

200712481 BRUN !LB"R#INIB"L"N#!NI

2007102$1 "RIC%&N '!BI!NMUR! &U&! &IL(!

200710411 MIL#N )UNIR #"I*"IR!+& &!N#&

200710$01 C!RL& "+U!R+ +RUBIM!R#IN&

200712401 LUC!& MUN,- M"R!LLI

Re.atório 4 / "nsaio de 'adia'




!ocente&

Ce.so Rioitsi &oei

&u3rio

1. OBJETIVOS.......................................................................................................4

2. INTRODUÇÃO TEÓRICA..................................................................................4

3. PARTE EXPERIMENTAL.................................................................................19

4. RESULTADOS EXPERIMENTAIS...................................................................21

5. DISCUSSÃO.....................................................................................................23

6. CONCLUSÃO...................................................................................................24

7. BIBLIOGRAIA................................................................................................24

Re.atório 4 / "nsaio de 'adia(




1. OBJETIVOS

O presente experimento tem por objetivo estabelecermos o

limite de fadiga dos corpos de prova ensaiados, bem como a

compreensão do conceito fadiga, como determinarmos a resistência à

fadiga, como apresentarmos os resultados deste ensaio, os fatores que

inuenciam a resistência dos metais à fadiga e o que podemos fazer

para melhorar essa resistência.

2. INTRODUÇÃO TEÓRICA

2515 IN#R+U6

O limite de resistência determinado pelo ensaio de traão !

funão da carga m"xima atingida durante o teste, ap#s a qual ocorre

ruptura do material. $icou então estabelecido que o material não se

romper" com uma carga menor que aquela, quando submetido a

esforos est"ticos.

%ntretanto, quando são aplicados esforos din&micos, repetidos

ou utuantes em um material met"lico, o mesmo pode se romper com

uma carga bem inferior à carga m"xima atingida na traão 'ou na

compressão(. )esse caso, tem*se a chamada ruptura por fadiga do

material.+m metal rompe*se por fadiga, quando a tensão cclica, aplicada

nele tem uma utuaão su-cientemente grande e ! maior que um

valor caracterstico de cada metal, denominado limite de fadiga, o qual

pode ser determinado mediante um ensaio de fadiga. de se notar,

Re.atório 4 / "nsaio de 'adia)




por!m que nem todos os materiais met"licos apresentam um limite de

fadiga de-nido.

/ ruptura geralmente ocorre quando o n0mero de ciclos de

tensão aplicada ! tamb!m su-cientemente grande. )o entanto, muitos

outros fatores afetam a ruptura por fadiga, tornando muito extenso o

seu estudo.

O estudo da fadiga ! de primordial import&ncia para projeto de

peas sujeitas a tens1es cclicas, as quais modernamente são cada vez

maiores. O ensaio de fadiga pode ser realizado na pr#pria pea, caso

se disponha de uma m"quina apropriada, reproduzindo no ensaio da

melhor maneira possvel os esforos a que ela ! submetida na pr"tica

ou em corpos de prova, nesse caso testando o material em si, sem

veri-car os efeitos das particularidades existentes na pr#pria pea.

/ determinaão do limite de fadiga ! freq2entemente realizada

em corpos de prova usinados. 3evemos, no entanto, observar que os

resultados obtidos em laborat#rio, ensaiando*se corpos de prova

usinados, não podem ser diretamente aplicados às condi1es na

pr"tica.

O n0mero de ciclos de tens1es suportados pelo corpo de provaat! a fratura ! designado por ). %sse n0mero ! contado na pr#pria

m"quina de fadiga e representa a soma do n0mero de ciclos para

iniciar uma trinca de fadiga mais o n0mero de ciclos para propagar a

trinca atrav!s do material.

O limite de fadiga ! de-nido como o valor limite da tensão,

abaixo da qual o material pode suportar um n0mero in-nito de ciclos

de tens1es regulares sem romper. 4eralmente, essas tens1es são

aplicadas pelas m"quinas sob a forma de exão rotativa, torão ou

traão*compressão.

Os ciclos encontrados na pr"tica e nos laborat#rios em geral são

do tipo regular, ou seja, repetitivos ou alternativos e com todas as

caractersticas constantes. 5ais ciclos são encontrados na maioria das

Re.atório 4 / "nsaio de 'adia*




m"quinas de ensaio de fadiga, as quais mantêm uma velocidade

constante durante cada teste. 6iclos do tipo regular não são

geralmente encontrados na pr"tica. /tualmente existem m"quinas que

tamb!m reproduzem esses ciclos de tens1es, para estudos espec-cos.

%m condi1es normais de uso, os produtos devem sofrer esforos

abaixo do limite el"stico, que corresponde à tensão m"xima que o

material pode suportar.

%m geral, projetamos um produto para suportar esforos acima

desse limite, ensaiamos os materiais, controlamos o processo de

produão e são tomados todos os cuidados para que o produto não

apresente qualquer problema.

/pesar de todas essas precau1es, ! possvel que, ap#s algum

tempo de uso normal, o produto venha a falhar, deixando o usu"rio na

mão. %ssa falha ! tpica de um fen7meno chamado, fadiga. $adiga ! a

ruptura de componentes, sob uma carga bem inferior à carga m"xima

suportada pelo material, devido a solicita1es cclicas repetidas.

O ensaio de resistência à fadiga ! um meio de especi-car limites

de tensão e de tempo de uso de uma pea ou elemento de m"quina.

utilizado tamb!m para de-nir aplica1es de materiais. um ensaiodin&mico, onde corpos de prova padronizados são submetidos a

esforos repetidos ou utuantes, de tal forma a reproduzir as

condi1es de uso do material, que poder" romper*se com uma carga

bem inferior a carga m"xima atingida na traão.

/ ruptura por fadiga comea a partir de uma trinca ou pequena

falha super-cial, que se propaga ampliando seu tamanho, devido às

solicita1es cclicas. 8uando a trinca aumenta de tamanho, o

su-ciente para que o restante do material não suporte mais o esforo

que est" sendo aplicado, a pea se rompe repentinamente.

/ fratura por fadiga ! tpica9 a superfcie de fratura apresenta

uma região lisa decorrente do atrito entre as duas superfcies e uma

região "spera onde o corpo de prova rompe*se de maneira d0ctil.

Re.atório 4 / "nsaio de 'adia+




)a de-nião de fadiga, destacamos que ela se deve a esforos

cclicos repetidos. 3e maneira geral, peas sujeitas à fadiga estão

submetidas a esforos que se repetem com regularidade. 5rata*se das

tens1es cclicas.

/ tensão cclica mais comum ! caracterizada por uma funão

senoidal, onde os valores de tensão são representados no eixo das

ordenadas e o n0mero de ciclos no eixo das abscissas. /s tens1es de

traão são representadas como positivas e as tens1es de compressão

como negativas. / $igura : apresenta três tipos de ciclos de tensão.

$igura : ; 6iclos regulares de tensão9 'a( tensão reversa< 'b( tensão repetida 'campo

de traão(< 'c( tensão repetida 'campos de traão e compressão(.

/ $igura :'a( mostra um gr"-co de tensão reversa, assim

chamado porque as tens1es de traão têm valor igual às tens1es de

compressão.

)a $igura :'b(, todas as tens1es são positivas, ou seja, o corpo

de prova est" sempre submetido a uma tensão de traão, que oscila

entre um valor m"ximo e um mnimo.

Re.atório 4 / "nsaio de 'adia,




/ $igura :'c( representa tens1es positivas e negativas, como no

primeiro caso, s# que as tens1es de compressão têm valores diferentes

das tens1es de traão.

251515 #I& +" "N&!I +" '!+I9!

Os aparelhos de ensaio de fadiga são constitudos por um

sistema de aplicaão de cargas, que permite alterar a intensidade e o

sentido do esforo, e por um contador de n0mero de ciclos. O teste !

interrompido assim que o corpo de prova se rompe.

O ensaio ! realizado de diversas maneiras, de acordo com o tipode solicitaão que se deseja aplicar9 torão, traão*compressão, exão

e exão rotativa.

O ensaio mais usual, realizado em corpos de prova extrados de

barras ou per-s met"licos, ! o de exão rotativa. %ste ensaio consiste

em submeter um corpo de prova a solicita1es de exão, enquanto o

mesmo ! girado em torno de um eixo, por um sistema motriz com

contagiros, numa rotaão determinada e constante, conforme

esquematizado na $igura =.

Re.atório 4 / "nsaio de 'adia-




$igura = ; %nsaio por exão rotativa9 'a( >olicitaão de exão central

e 'b( solicitaão de exão externa.

251525 CR +" R(!

O corpo de prova deve ser usinado e ter bom acabamento

super-cial, para não prejudicar os resultados do ensaio. / forma e asdimens1es do corpo de prova variam, e constituem especi-ca1es do

fabricante do equipamento utilizado. O ambiente onde ! feito o ensaio

tamb!m ! padronizado.

/s formas mais utilizadas de corpo de prova para o ensaio de

fadiga são apresentadas na $igura ?.

Re.atório 4 / "nsaio de 'adia.

'a( 'b(




$igura ? ; 6orpos de prova para o ensaio de fadiga9 'a( torão< 'b( exão rotativa,

'c( exão em chapa e 'd( traão compressão.

2515:5 CUR(! #"N& * N;M"R +" CICL& <CUR(! & = N>

/ curva tensão x n0mero de ciclos, tamb!m chamada curva de

@Ahler ou simplesmente curva >*) '$igura B(, ! o modo mais r"pido

para a apresentaão dos resultados dos ensaios de fadiga. )essa

curva, o n0mero ) 'ou log )( ! colocado no eixo das abcissas e no eixo

das ordenadas vai a tensão m"xima >max, que tamb!m pode vir

expressa por meio de logaritmo.

/ssim, h" três modos de construir o diagrama da curva >*)variando as escalas dos eixos cartesianos, a saber, > x ), > x log ) e

log > x log ). / escala logartmica facilita a comparaão de dados, pois

fornece curvas de diversos materiais com a mesma forma, al!m de

facilitar e diminuir a escala de ).

Re.atório 4 / "nsaio de 'adia/

'd(

'c(

'b(

'a(




$igura B ; +m exemplo de uma curva >x).

4eralmente, as tens1es aplicadas pelas m"quinas mais

encontradas na pr"tica são do tipo exão rotativa, torão ou traão*

compressão. /l!m disso, todas as m"quinas de fadiga interrompem o

seu funcionamento no mesmo instante em que ocorre a ruptura do

corpo de prova.

Ceri-camos que para aos, a curva apresenta um patamar que

corresponde justamente ao limite de fadiga do material, mas as ligas

não*ferrosas em geral, como, por exemplo uma liga de alumnio, não

apresentam esse patamar.

Dara o caso de existir o patamar, constatamos que basta ensaiar

o corpo de prova at! :E milh1es de ciclos de tensão e se at! esse

n0mero não houver ruptura, a tensão correspondente ser" o limite de

fadiga. Dara o caso do metal não apresentar esse patamar, deve*se

levar o ensaio at! FE milh1es ou at! mesmo em certos casos at! FEE

milh1es de ciclos, dependendo do material, -xando*se a tensão

Re.atório 4 / "nsaio de 'adia'0




correspondente a esse valor de ) ensaiado, como o limite de fadiga

desse material 'ou mais precisamente, como a sua resistência à

fadiga(.

6omo uma ruptura por fadiga depende de in0meros fatores e

para se traar um diagrama >*) ! necess"rio uma quantidade muito

grande de corpos de prova, a curva >*) deve ser traada como uma

faixa que englobe todos os pontos espalhados. Os pontos

determinados pela tensão m"xima aplicada no corpo de prova

correspondente e pelo n0mero de ciclos suportado at! a fratura do

corpo de prova.

Gnicialmente, escolhemos uma tensão aproximadamente igual a

=H? do limite de resistência do material à traão. 3iminumos

gradativamente a tensão m"xima, usando de preferência a mesma

rotaão, at! atingir uma tensão para a qual não ocorra ruptura. / partir

da aumentamos lentamente a tensão m"xima at! conseguir a m"xima

tensão correspondente ao patamar, que ser" o limite de fadiga do

material.

Os corpos de prova deverão ser os mais possveis idênticos e a

sua quantidade ! vari"vel para determinaão de >e, mesmo porquedevemos repetir uma ou mais vezes o ensaio em cada resultado

duvidoso ou para se ter a m!dia do valor de >n em cada ponto.

251545 M?#+ "&#!#@&#IC !R! LIMI#" +" '!+I9!

Ceri-camos, para a determinaão espec-ca e precisa do limite

de fadiga, que o m!todo anterior, conduz à grande espalhamento e

que esse limite ! uma quantidade estatstica que exige uma t!cnica

especial.

O m!todo escada não requer n0mero muito grande de corpos de

prova. Drimeiramente ensaiamos um corpo de prova a um valor da

tensão pr#ximo do valor estimado do limite de fadiga para economia

Re.atório 4 / "nsaio de 'adia''




de tempo. 6aso o corpo de prova se rompa, ap#s atingir um n0mero )

menor que :E milh1es de ciclos, diminumos a tensão de um valor -xo

e que deve ser mantido constante no decorrer dos ensaios.

%sse processo ! seguido, sempre abaixando a tensão do mesmo valor,

at! conseguir uma tensão que não rompa o corpo de prova ap#s :E

milh1es. / seguir, elevamos novamente a tensão do mesmo valor -xo

e prosseguimos ensaiando corpos de prova at! conseguir outra vez

uma tensão que rompa o corpo de prova, em seguida utilizando

m!todos estatsticos calculamos o limite de fadiga. /tingindo esse

valor, decrescemos a tensão e assim por diante. 6onforme os autores

deste m!todo, at! =F corpos de prova devem ser ensaiados dessa

maneira Iem escadaJ.

2515A5 CR& +" R(! !R! "N&!I +" '!+I9!

Os ensaios de fadiga podem ser realizados com três esp!cies

diferentes de corpos de prova9

a( a pr#pria pea, um modelo ou um prot#tipo<

b( produtos acabados como barras, chapas, tubos, etc.<

c( corpos de prova usinados.

Dara o estudo pr"tico da fadiga, as duas primeiras esp!cies são

preferveis, porque reproduzem as condi1es da pr"tica, mas exigem

m"quinas mais caras e quase espec-cas para cada tipo de pea.

/ forma do corpo de prova plano usinado varia muito de acordo

com o tipo de solicitaão e com as diversas normas propostas para o

ensaio de fadiga. %m geral, os corpos de prova são de seão circular ou

retangular, dependendo do produto, tendo na parte 0til uma

Re.atório 4 / "nsaio de 'adia'(




biconicidade ao longo do seu comprimento, com um raio grande e

contnuo, -cando o centro dessa parte 0til com uma dimensão mnima.

O grande raio usado evita a concentraão de tens1es pela

ausência de mudana brusca de seão. / tensão aplicada ao corpo de

prova deve sempre ser calculada pela dimensão mnima. 5amb!m

podem ser usinados corpos de prova igualmente j" normalizados, que

não possuam conicidade, -cando a parte 0til paralela como no ensaio

de traão.

/ parte 0til do corpo de prova deve ter um acabamento

super-cial perfeito com polimento do tipo espelhado. %m geral, os

m!todos para os ensaios de fadiga existentes nas normas t!cnicas,

indicam como deve ser feita a preparaão do corpo de prova.

%m estudos com corpos de prova entalhados o efeito das

dimens1es tem signi-cado preponderante, devido à modi-caão do

gradiente de tens1es no entalhe. 4randes corpos de prova tendo

menor gradiente de tens1es, têm limite de fadiga mais baixo. %xiste

um valor crtico da tensão que deve ser ultrapassado sobre uma certa

profundidade do material para ocasionar a ruptura do metal.

/ssim, a tensão m!dia em corpos de prova entalhados ! maior,ocasionando menor limite de resistência à fadiga. 6onclumos que a

comparaão dos ensaios de fadiga em laborat#rio com resultados da

pr"tica de uma ruptura por fadiga ! inconsistente, porque, depende

muito do gradiente de tensão existente em ambos os casos.

O uso do entalhe para procurar imitar no laborat#rio as

condi1es da pr"tica ainda não ! satisfat#rio, devido ao tamanho

reduzido do corpo de prova, comparado com as peas sujeitas à fadiga

na pr"tica, alterando muito o gradiente de tens1es, que ! o agente

provocador da nucleaão da trinca de fadiga.

2515$5 CN&I+"R!6"& 'IN!I&

Re.atório 4 / "nsaio de 'adia')




K" muitas controv!rsias sobre a teoria da fratura da fadiga com

respeito à nucleaão e à propagaão da trinca, devido à di-culdade de

observaão da trinca e à variedade de mecanismos que determinam a

ruptura do metal.

4eralmente adotamos as etapas da ruptura por fadiga como

sendo a nucleaão da trinca, a propagaão da trinca e a ruptura do

corpo de prova.

O aspecto da fratura por fadiga apresenta uma zona produzida

pelo desenvolvimento gradual e progressivo da trinca e uma outra pela

ruptura brusca. / primeira zona se apresenta lisa, devido ao atrito

ocorrido entre as superfcies e a segunda possui um aspecto da fratura

fr"gil de um ferro fundido.

2525 "'"I# +! &U"R'@CI" + CR +" R(!

+ma superfcie mal acabada cont!m irregularidades que, como

se fossem um entalhe, aumentam a concentra1es de tens1es,

resultando em tens1es residuais que tendem a diminuir a resistência à

fadiga do material.O ao descarbonetado super-cialmente tamb!m possui menor

resistência à fadiga, quanto maior for a descarbonetaão. O mesmo

acontece com defeitos causados pelo polimento, como queima,

recozimento, trincas, etc. Os tratamentos super-ciais endurecedores

podem, no entanto, aumentar a resistência à fadiga, principalmente

em ensaios com carga de exão ou torão. 5ratamentos super-ciais

como cromeaão, niquelaão e outros, diminuem a resistência porque

introduzem grandes mudanas nas tens1es residuais, al!m de conferir

porosidades no metal.

%ssa dependência importante da fadiga, com o acabamento

super-cial do metal, ! causada pelo fato de que praticamente as

rupturas por fadiga comeam na superfcie do metal, porque os tipos

Re.atório 4 / "nsaio de 'adia'*




de carga usados nos ensaios 'exão ou torão( ocasionam as tens1es

m"ximas na superfcie. Lesmo com cargas axiais quase sempre a

ruptura se inicia na superfcie.

/ inuência do acabamento super-cial ! tanto maior quanto

maior o limite de resistência do material, o que signi-ca que a

sensibilidade ao entalhe tamb!m ! inuenciada pelo limite de

resistência.

25:5 "'"I# +! ("LCI+!+" +" "N&!I

Ceri-camos por diversos autores nas mais variadas experiências,

que a velocidade do ensaio 'em ciclos por unidade de tempo( não tem

grande inuência na resistência à fadiga dos aos para o mesmo tipo

de solicitaão, quando se empregam freq2ências usuais comuns de

laborat#rio 'at! :EB ciclos por minuto( com freq2ências mais altas,

acontece um pequeno aumento no limite de fadiga.

2545 "'"I# + M"I !MBI"N#"

/ inuência da atmosfera na ruptura por fadiga ! consider"vel,

geralmente provocando grande reduão no limite de fadiga do

material.

/ aão corrosiva superposta à tensão cclica ocasiona uma

reduão pronunciada nas propriedades de fadiga dos metais que !

maior que a causada pela corrosão isoladamente. %ssa reduão !

devida ao fato de que o ataque qumico acelera a velocidade de

propagaão da trinca de fadiga e a tensão cclica acelera a corrosão no

metal. Dodemos dizer que a trinca se forma quando os pits de corrosão

chegam a produzir uma alta concentraão localizada de tens1es no

metal e a sua propagaão ! r"pida.

Re.atório 4 / "nsaio de 'adia'+




Os resultados dos ensaios efetuados em ambientes corrosivos,

ao contr"rio dos ensaios ao ar, dependem bastante da velocidade do

ensaio, sendo que quanto mais alta for essa velocidade, menor ser" a

reduão do limite de fadiga devido à corrosão.

25A5 "'"I# +! (!RI!6 +! #"N& M*IM! +UR!N#"

"N&!I

Cimos que no ensaio de fadiga a tensão m"xima ou amplitude de

tens1es durante o ensaio permanece constante. 8uando essa tensão !

alterada subitamente ou por etapas no decorrer do teste, veri-camos

altera1es no comportamento do metal quanto à fadiga. )esta seão

do relat#rio veremos a sobretensão e a subtensão 'mais conhecidas

por overstress e understress(

25A515 &BR"#"N&

>e um corpo de prova for ensaiado com uma tensão, >:

'm"xima(, superior ao seu limite de fadiga, >e, durante um n0mero deciclos, ):, menor que o necess"rio para rompê*lo, indicado pela sua

curva >*), e depois essa tensão for abaixada a um valor >= inferior,

por!m maior ainda que >e, ele se romper" ap#s atingir um n0mero de

ciclos, )=, menor que o previsto pela curva >*).

6onforme experiências feitas por diversos autores, quanto maior

a queda de >: para >=, maior ser" a porcentagem do decr!scimo da

vida do corpo de prova. )o caso inverso, se no lugar de decr!scimo de

tensão for feito um aumento, isto !, >=M>:M>e, a porcentagem de

decr!scimo da vida do corpo de prova ser" menor.

25A525 &UB#"N&

Re.atório 4 / "nsaio de 'adia',




/ subtensão ! aquela onde, o material ! ensaiado a uma tensão

abaixo do seu limite de fadiga durante um longo n0mero de ciclos e

depois a tensão ! elevada a um valor mais alto 'maior que >e(. /

subtensão freq2entemente aumenta a resistência à fadiga do material,

isto !, ele romper" com um n0mero de ciclos maior que o indicado

pela curva >*) do material. %sse fen7meno ! provavelmente causado

pelo encruamento localizado nos lugares de possvel nucleaão de

trincas.

25$5 'R!#UR! R '!+I9!

K" muita controv!rsia sobre as teorias da fratura de fadiga, com

respeito à nucleaão e à propagaão de um trinca de fadiga, devido à

di-culdade de observaão da trinca em alguns casos e à variedade de

mecanismos que determinam a ruptura do material.

/s etapas de ruptura de um material são, basicamente9

a( nucleaão da trinca<

b( propagaão da trinca<

c( ruptura da pea ou corpo de prova.

/s duas primeiras etapas tomam praticamente todo o tempo do

ensaio e quando o comprimento da trinca atinge um tamanho tal que a

seão tensionada -que relativamente pequena, a porão

remanescente não pode resistir à carga e a ruptura ocorre

repentinamente. /ssim, o aspecto de uma ruptura por fadiga

apresenta duas zonas, uma zona produzida pelo desenvolvimento

gradual e progressivo da trinca e outra pela ruptura brusca. %ssa

0ltima tem o mesmo aspecto da fratura do ferro fundido cinzento

ensaiado a traão, isto !, como se fosse uma fratura fr"gil vista a olho

Re.atório 4 / "nsaio de 'adia'-




nu. / primeira zona se apresenta estriada devido à propagaão da

trinca.

+ma ruptura por fadiga ! sempre acompanhada de deformaão

pl"stica localizada. %sta localizaão pode acontecer num ponto de

concentraão de tens1es como cantos vivos, entalhes, trincas

preexistentes, onde ela se inicia e, geralmente, esse incio se d" na

superfcie do metal. K" evidências de que a trinca se forma antes de

decorrer :EN da vida total do corpo de prova, embora nessa etapa ela

não possa sempre ser detectada.

+ma vez iniciada a trinca, ela se propaga macroscopicamente e

de uma maneira descontnua em um plano situado em &ngulo reto

com o plano das tens1es principais atuantes no corpo de prova. )o

primeiro est"gio ocorre a nucleaão e propagaão microsc#pica da

trinca, no segundo, a propagaão se d" macroscopicamente de uma

forma incremental pela abertura e fechamento da trinca.

%nsaios efetuados com tens1es de traão e compressão

demonstram que a tensão de compressão ! um fator importante no

impedimento da propagaão da trinca.

Ceri-camos experimentalmente que quanto maior for o volumeda parte 0til do corpo de prova, menor ser" a resistência a fadiga, pois

maior probabilidade existir" para a formaão de trincas e conseq2ente

ruptura.

2575 CLCUL +! #"N& +" 'L"* N "N&!I +" '!+I9!

R 'L"* R#!#I(! +" UM CR R"& "L!&

"*#R"MI+!+"&

/ $igura F mostra um ensaio de fadiga por exão rotativa.

$igura F ; %nsaio de fadiga por exão rotativa.

Re.atório 4 / "nsaio de 'adia'.




Dela $igura F observamos que o momento de exão ! dado por9

=

DOLb = , ':(

onde, D ! a carga aplicada e ! o brao.

/ tensão de exão ! dada pela seguinte expressão9

@

L> b

b = , '=(

onde, @ ! o m#dulo de resistência.

Dara se1es circulares, temos que9

?=

d@

?π

= , '?(

e

?

b

b

d

?=L>

π

= , 'B(

%, -nalmente obtemos que9

?bd=

Dl?=>

π

= , 'F(

3. PARTE EXPERIMENTAL

:515 M!#"RI!I& U#ILI-!+&

• 6orpos de prova de ao /P)5 :E=E.

Re.atório 4 / "nsaio de 'adia'/




:525 "DUI!M"N#& U#ILI-!+&

• L"quina de %nsaio à $adiga por $lexão Qotativa, 5ipo +PL*:.

:5:5 RC"+IM"N# "*"RIM"N#!L

Os corpos de prova para este ensaio foram confeccionados em

ao /P)5 :E=E, conforme as dimens1es apresentadas na 5abela :.

5abela : ; 3imens1es dos corpos de prova de ao /P)5 para o ensaio de

$adiga.

arâ3etros do corEode EroFa

+i3ensão<33>

6omprimento total ==R6omprimento da cabea RF6omprimento da parte

0til

SR

3i&metro da cabea :=3i&metro da parte 0til TQaio de concord&ncia ?E

)este ensaio de fadiga por exão rotativa -xamos os corpos de

prova por suas extremidades na m"quina de ensaio e ao mesmo

tempo que o corpo de prova girava ele era submetido à uma carga

constante. 3urante todo o percurso do ensaio o momento de exãopermaneceu constante.

O equipamento utilizado nesta pr"tica foi a L"quina de %nsaio a

$adiga por $lexão Qotativa tipo +PL*:. )este ensaio utilizamos quatro

Re.atório 4 / "nsaio de 'adia(0




corpos de provas e as cargas de ensaio foram respectivamente BFE,

BEE, ?FE, ?EE, =FE e =EE ).

/p#s conectarmos os corpos de prova ligamos na m"quina, e

depois de um certo n0mero de ciclos os corpos de prova romperam*se.

/ssim, foram feitas as leituras do n0mero de ciclos suportados

diretamente no contador existente na m"quina.

4. RESULTADOS EXPERIMENTAIS

6omo dito anteriormente, ensaiamos quatro corpos de provapara cada valor de carga utilizado. Os valores que obtidos e anotados

estão contidos na 5abela =.

#abe.a 2 / NG3ero de cic.os atinidos Ee.os corEos de EroFa seundo a cara aE.icada e3 nosso ensaio de Hadia Eor e=ão rotatiFa5

Caras <N>

"nsaios

1 2 :

4

=EE :E:FREEE ::=EUTEE :E?EFREE :=BF=?EE=FE RSTETEE RRF=EEE UERU?EE RUR?FEE?EE ?B:TEE BETBEE R=:FEE B?RUEEBEE S=EEE RRUEE :=E=EE TSBEEBFE ?UREE B?SEE FRBEE ?SFEE

/ -m de realizarmos a an"lise dos resultados, convertemos as

cargas em tens1es e calculamos a m!dia aritm!tica dos valores de

ciclos para plotar um gr"-co >*).

6omo j" visto anteriormente, a tensão em funão da carga

aplicada em um corpo de prova de seão transversal circular ! dada

pela %quaão 'F(.

Re.atório 4 / "nsaio de 'adia('




)este experimento, conforme a 5abela :, utilizamos um corpo de

prova que apresentou mmSRl = e mmTd = . /ssim, a tensão ! dada

por9

SFBS=S,U?,==.:E

?,EU=D

EET,E=

?=.ESR,ED>

R*?b ==

π

= . 'R(

Os valores das tens1es que calculamos, juntamente com a m!dia

de ciclos correspondente, são dados atrav!s da 5abela ?.

5abela ? ; Calores m!dios de ciclos em funão da carga aplicada para nosso ensaio.

Cara <N> NG3eros de

Cic.osB=SU:T?R BB?FE?T:SU:TT S=EUF??B==F?S BF=:EE=TRBUTS: RTRFSEE=?TU?=B= ::E?EBEE

6om os valores m!dios plotamos obtidos na 5abela ?,

construmos o 4r"-co : que apresenta a curva >*) para o nosso

ensaio.

Re.atório 4 / "nsaio de 'adia((

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0 20 40 60 80 100 120

)0mero de ciclos 'x:EEEEE(

5 e n s ã o ' L D a




4r"-co : ; 6urva >*) plotado com os valores m!dios de ciclos e tens1es medidos no

ensaio.

)o pr#prio gr"-co indicamos a tensão correspondente a :E

milh1es de ciclos, que ! considerada como a tensão de resistência àfadiga.

Dara :E milh1es de ciclos temos como tensão correspondente,

aproximadamente =FELDa.

5. DISCUSSÃO

/o observarmos o 4r"-co : notamos que inicialmente, com um

pequeno n0mero de ciclos, o corpo de prova se rompe. )este caso a

tensão suportada est" abaixo da tensão que o material suporta

estaticamente. 6om tens1es menores, o material suporta mais ciclos.

Gsso ocorre at! que o material consiga ultrapassar :E milh1es de ciclos,

neste caso, a tensão que o material suportar com :E milh1es de ciclos

ser" considerada como o limite de fadiga do material.

)este experimento, foram utilizados poucos corpos de prova.

Dara obter resultados satisfat#rios, ! importante utilizar o n0mero de

corpos de prova su-ciente para se aproximar bastante do limite de

fadiga do material. Dara tanto ! necess"rio aplicarmos uma tensão e

ensaiarmos o material, baixarmos gradualmente o valor de tensão em

cada ensaio at! que o corpo de prova se rompa com mais de :E

milh1es de ciclos. / partir deste ponto, ensaiar novamente com um

valor de tensão ligeiramente acima do valor que ultrapassou :Emilh1es de ciclos.

6. CONCLUSÃO

Re.atório 4 / "nsaio de 'adia()




Dara n#s, alunos, a import&ncia de um ensaio como este adv!m

do fato de tomarmos contato com o procedimento, as di-culdades de

execuão do mesmo, as vantagens e desvantagens do ensaio e

quando o ensaio ! recomendado ou não.

>abemos que o ensaio ! importante para de-nirmos a tensão

que devemos utilizar em projeto de peas que estejam sujeitas à

tensão cclica. Deas estas como truques de locomotivas, eixos que

precisem suportar exão durante o uso e outros. O ensaio pode ser

realizado com corpos de prova ou na pr#pria pea 'mais e-ciente, mas

exige equipamento mais espec-co e, portanto, mais caro(.

+m exame visual no corpo de prova nos mostra que uma falha

por fadiga pode ser reconhecida atrav!s do aspecto da superfcie de

fratura, o qual apresenta uma região lisa decorrente do atrito entre a

superfcie e uma região "spera onde o corpo de prova rompe*se de

maneira d0ctil.

6onclumos que o ensaio de fadiga nos mostra a import&ncia do

estudo da fadiga para projetos de peas sujeitas a tens1es cclicas. O

conhecimento deste nos fato permite, em muitos casos, de-nirmos a

causa de falha de um componente de um equipamento.

7. BIBLIOGRAIA

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Relatório 4 - Ensaio de Fadiga

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