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Engenharia Mecânica ·
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IGEM 01017 Elementos de Máquinas I Introdução a fadiga dos materiais Cargas Dinâmicas August Wöhler Número de ciclos de tensões variantes no tempo causam colapso Existe uma tensão limite de resistência à fadiga para aços Diagrama SN Utilizado para caracterizar o comportamento dos materiais submetidos a solicitações alternadas Resistência a fadiga x vida útil esperada Fadiga O mecanismo de falha ainda não compreendido e a aparência de uma fratura frágil na superfície de um material dúctil geraram especulações de que o material de alguma maneira apresentou cansaço e fragilizouse devido às oscilações da carga aplicada O primeiro avião a jato comercial de passageiros o inglês Comet despedaçouse duas vezes em 1954 devido a falhas por fadiga em sua fuselagem consequências dos ciclos de pressurizaçãodespressurização da cabine Mais recentemente 1988 um Boeing 737 de uma linha área do Havaí perdeu cerca de um terço da cobertura de sua cabine enquanto voava a 25000 pés de altitude Fatos históricos Mecanismo da falha por fadiga As trincas de fadiga geralmente têm início em um entalhe ou em outro elemento de concentração de tensão Início da trinca Pode iniciar devido a estruturas microscópicas como vazios partículas eou inclusões no material utilizado Pode ter um intervalo de tempo curto Pode ocorrer escoamento local Caracterizado por uma deformação plástica localizada Propagação da trinca O crescimento da trinca se deve a tensões de tração A trinca propagase ao longo dos planos normais aos de tensão máxima de tração A propagação da trinca pode variar em escalas micrométricas 10⁸ a 10⁴ por ciclo podendo se tornar significativa Superfície de falha de um corpo de prova de alumínio com uma ampliação de 12000X juntamente com a representação do modelo de tensão cíclica atuante na peça que falhou Ciclos de elevada tensão mostram estrias maiores do que aquelas mais frequentes de pequena amplitude indicando que amplitudes de tensão maiores causam um maior crescimento da trinca por ciclo Corrosão é um outro mecanismo de propagação de trincas Fadiga por corrosão Ocorre uma sinergia entre a corrosão e a trinca onde o material corrói mais rapidamente e a trinca se propaga mais rapidamente Fratura A trinca continuará a crescer enquanto tensões de tração cíclicas eou fatores de corrosão de severidade suficiente estiverem presentes O fator de intensidade de tensão K na extremidade da trinca atinge o nível da tenacidade à fratura do material ocasionando falha repentina A região de fratura frágil corresponde à porção que apresentou ruptura repentina quando a trinca atingiu o seu tamanho limite Tensão nominal alta Sem concentração de tensão Concentração de tensão moderada Concentração de tensão severa Tensão nominal baixa Sem concentração de tensão Concentração de tensão moderada Concentração de tensão severa Traçãotração ou traçãocompressão Tensão nominal alta Sem concentração de tensão Concentração de tensão moderada Concentração de tensão severa Tensão nominal baixa Sem concentração de tensão Concentração de tensão moderada Concentração de tensão severa Flexão unidirecional Tensão nominal alta Sem concentração de tensão Concentração de tensão moderada Concentração de tensão severa Tensão nominal baixa Sem concentração de tensão Concentração de tensão moderada Concentração de tensão severa Flexão alternada Tensão nominal alta Sem concentração de tensão Concentração de tensão moderada Concentração de tensão severa Tensão nominal baixa Sem concentração de tensão Concentração de tensão moderada Concentração de tensão severa Flexão rotativa Torção Modelos de falha por fadiga 3 modelos Tensão número de ciclos SN Deformaçãonúmero de ciclos εN Mecânica da fratura linearelástica MFLE Regimes de fadiga Fadiga de baixo ciclo FBC Fadiga de alto ciclo FAC Dowling6 define a fadiga de altociclo como a fadiga que tem início por volta de 10² até 10⁴ ciclos de tensão deformação com esse número variando de acordo com o tipo de material Juvinall7 e Shigley8 sugerem um valor igual a 10³ ciclos e Madayag9 define de 10³ até 10⁴ ciclos como o ponto de interrupção Norton considera 10³ ciclos o ponto de divisão Tensãonúmero de ciclos SN Este é o mais antigo dos três modelos citados e ainda é o mais frequentemente utilizado nas aplicações que envolvem fadiga de altociclo FAC Esta abordagem proporciona melhores resultados quando as amplitudes das solicitações são conhecidas e consistentes ao longo da vida da peça Modelo baseado na tensão que busca determinar a resistência à fadiga eou o limite de fadiga para o material de modo que as tensões cíclicas possam ser mantidas abaixo deste nível e com isso evitase a falha para o número de ciclos requerido Esta abordagem busca manter baixas as tensões locais nos entalhes e assim o estágio de iniciação da trinca nunca começa A suposição é e este é o objetivo do projeto que as tensões e deformações permanecem no regime elástico e que não há ocorrência de escoamento local para a propagação de uma trinca qualquer A abordagem tensãonúmero de ciclos permite o projeto de peças e componentes sob carregamento cíclico para uma vida infinita para alguns materiais em determinadas condições Deformaçãonúmero de ciclos εN Devido ao fato de a iniciação de uma trinca envolver escoamento uma aproximação baseada na tensão é incapaz de modelar adequadamente esse estágio do processo de fadiga modelo baseado na deformação fornece uma visão razoavelmente precisa do estágio de iniciação da trinca Essa abordagem também pode esclarecer os danos cumulativos devido às variações na carga cíclica ao longo da vida da peça como sobrecargas que podem introduzir tensões residuais favoráveis ou desfavoráveis na região de falha Combinações de cargas de fadiga e temperatura elevada são modeladas com maior segurança nesse caso porque os efeitos de fluência podem ser incluídos na formulação matemática Este método é aplicado com maior frequência em regimes de fadiga de baixociclo e em problemas de vida finita É a aproximação mais complicada dos três modelos para ser utilizada e requer uma solução com o auxílio de computadores Mecânica da fratura linearelástica MFLE A teoria da mecânica da fratura fornece o melhor modelo para o estágio de propagação da trinca do processo de fadiga Este método bastante utilizado para predizer o tempo de vida restante em peças trincadas durante serviço é aplicado em regimes de fadiga de baixociclo e em problemas de vida finita nos quais as tensões cíclicas são conhecidas por serem elevadas o suficiente para causarem a formação de trincas Esta abordagem é frequentemente utilizada em conjunto com ensaios não destrutivos END em programas periódicos de inspeção de serviço especialmente na indústria aeronáuticaaeroespacial A aplicação do método é razoavelmente direta mas depende da precisão exatidão da expressão para o fator geométrico de intensidade de tensão β e também na estimativa do tamanho da trinca inicial a requerida para o processamento computacional A escolha do modelo de falha por fadiga para propósitos de projeto de máquinas depende do tipo de máquina que está sendo projetada e em qual aplicação ela será utilizada Motor de combustão interna Chassi de um veículo Critérios para estimar a falha por fadiga A melhor informação a respeito da resistência à fadiga de um material para uma vida finita ou seu limite de resistência à fadiga para uma vida infinita provém de ensaios com montagens reais ou com os protótipos dos dispositivos de um projeto real Dados de fabricantesfornecedores de material Resistência à fadiga teórica ou limite de fadiga estimado Se não existirem dados disponíveis de resistência à fadiga valores aproximados de ou podem ser estimados a partir de valores da resistência à tração do material e resistência ao escoamento Para materiais com altos valores de resistência à tração a resistência à fadiga tende a estabilizarse Aço Ferro fundido e forjado Liga de alumínio Liga de cobre A partir desses dados relações aproximadas podem ser especificadas entre S ut e S f ou S e aço s S e 05 S ut para S ut 200 kpsi 1400 MPa S e 100 kpsi 700 MPa para S ut 200 kpsi 1400 MPa ferros S e 04 S ut para S ut 60 kpsi 400 MPa S e 24 kpsi 160 MPa para S ut 60 kpsi 400 MPa alumínios S f 04 S ut para S ut 48 kpsi 330 MPa S f 19 kpsi 130 MPa para S ut 48 kpsi 330 MPa ligas de cobre S f 04 S ut para S ut 40 kpsi 280 MPa S f 14 kpsi 100 MPa para S ut 40 kpsi 280 MPa Fatores de correção para resistência à fadiga As resistências à fadiga ou a limites de fadiga obtidos de ensaios com corpos de prova padrão ou de estimativas baseadas em testes estáticos devem ser modificadas para considerar em seus valores finais as diferenças físicas entre os corpos de prova e a peça real que está sendo projetada Diferenças de temperatura e de meio ambiente umidade efeitos de corrosão etc entre as condições do ensaio e as condições a que a peça estará submetida no futuro condições reais devem ser levadas em consideração além das diferenças na maneira de aplicação do carregamento Esses e outros fatores estão incorporados dentro de um conjunto de fatores de redução da resistência que são depois multiplicados pela estimativa teórica para se obter a resistência à fadiga corrigida ou o limite de fadiga corrigido para uma aplicação em particular onde Se representa o limite de fadiga corrigido para um material que exibe um ponto de inflexão em sua curva SN e Sf representa a resistência à fadiga corrigida definida para um número particular de ciclos N correspondente a um material que não apresenta ponto de inflexão Fatores de redução da resistência Efeitos da solicitação Uma vez que as relações descritas anteriormente e a maioria dos dados publicados de resistência à fadiga se referem a ensaios sob flexão rotativa um fator de redução da resistência para a solicitação devido à força normal deve ser aplicado Efeitos do tamanho Os corpos de prova sujeitos a ensaios estáticos ou sujeitos à flexão rotativa possuem pequenas dimensões Se a peça em questão é maior do que a dimensão citada um fator de tamanho que reduz a resistência deve ser aplicado a fim de se considerar o fato de que peças maiores falham sob tensões menores devido à maior probabilidade de um defeito estar presente na área sob tensão Para tamanhos maiores usase Ctamanho 06 Diâmetro equivalente de Kuguel Efeitos de superfície O corpo de prova padrão da viga rotativa é polido com um acabamento espelhado para impedir que imperfeições superficiais atuem como intensificadores de tensão Normalmente não é prático realizar este tipo de acabamento por inteiro em uma peça real Acabamentos mais grossos diminuem a resistência à fadiga devido à introdução de concentrações de tensão eou alteração das propriedades físicas da camada superficial da peça Uma superfície forjada é rugosa e descarnobizada e os reduziros níveis de carbono enfraquecem a superfície onde as tensões são frequentemente as mais elevadas Um fator de superfície de redução da resistência C super f fazse necessário para considerar essas diferenças Efeitos de temperatura Ensaios de fadiga são mais comumente realizados a temperatura ambiente A tenacidade à fratura diminui a baixas temperaturas e aumenta de valor em temperaturas moderadamente elevadas até por volta de 350C Entretanto o ponto de inflexão joelho do limite de fadiga na curva SN desaparece em altas temperaturas fazendo com que a resistência à fadiga continue a diminuir com o aumento do número de ciclos N Além disso a resistência ao escoamento decai continuamente com temperaturas acima da temperatura ambiente e em alguns casos isso pode provocar o fenômeno do escoamento antes mesmo da falha por fadiga Shigley e Mitchell sugerem o seguinte Efeitos de confiabilidade Muitos dos dados de resistência registrados na literatura referemse a valores médios Existe no entanto uma considerável dispersão nos ensaios realizados com o mesmo material sob condições semelhantes de ensaio Haugen e Wirsching relatam que os desviospadrão das resistências à fadiga de aços raramente excedem 8 de seus valores médios Interpretação Desejandose ter uma probabilidade de que 9999 das amostras igualem ou superem o valor de resistência assumido é necessário multiplicarse o valor da resistência média por 0702 Efeito do ambiente O ambiente pode ter efeitos significativos na resistência à fadiga quanto maior forem a umidade relativa e a temperatura maior será a redução da resistência do material em contato com o ar do ambiente Desenho do diagrama SN Neste caso a largura de banda de interesse é o regime fadiga de altociclo de 10³ a 10⁶ ciclos Suponha que Sm seja a resistência do material a 10³ ciclos Dados de teste indicam que as seguintes estimativas para Sm são razoáveis flexão Sm 09 Sut força normal Sm 075 Sut Se o material apresenta um limite de fadiga então Se corrigido é plotado em Ne 10⁶ ciclos e uma linha reta é traçada entre Sm e Se Se o material não apresenta um limite de fadiga então o Sf corrigido é plotado no número de ciclos para o qual este foi gerado mostrado para Nf 5 10⁸ e uma linha reta é traçada entre Sm e Sf A equação da reta que passa por Sm e Se ou Sf pode ser escrita como onde SN é a resistência à fadiga correspondente a um N qualquer e a e b são constantes definidas pelas condições de contorno Exemplo Construa um diagrama SN estimado para uma barra de aço e defina suas equações Quantos ciclos de vida podem ser esperados se a tensão alternada é de 100 MPa O Sut obtido experimentalmente é 600 MPa A barra quadrada tem 150 mm de lado e tem acabamento superficial de laminado a quente A temperatura máxima de operação é de 500C O carregamento aplicado é flexão pura alternada A vida infinita é requerida e pode ser obtida pois este aço dúctil apresentará limite de fadiga Será considerado um fator para confiabilidade de 999 Sem informação sobre limite de fadiga Carregamento de flexão A peça é maior que o corpo de prova e não tem seção circular Fator de tamanho é calculado fator de acabamento superficial fator de temperatura fator de confiabilidade Valor corrigido de Se Se Ccarreg Camano Csuperf Ctemp Ccomp Crot Se Se 10074705840710753300 Se 70 MPa Estimando Sm para 10³ ciclos Sm 09 Sut 090600 540 MPa b 13 logSm Se 13 log54070 0295765 loga logSm 3b log540 30295765 a 4165707 Para a tensão alternada aplicada de 100 MPa temse 100 4165707N0295765 log 100 log 4165707 0295765 log N 2 3619689 0295765 log N log N 2 3619689 0295765 N 105476270 30E5 ciclos graph σ MPa números de ciclos N
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IGEM 01017 Elementos de Máquinas I Introdução a fadiga dos materiais Cargas Dinâmicas August Wöhler Número de ciclos de tensões variantes no tempo causam colapso Existe uma tensão limite de resistência à fadiga para aços Diagrama SN Utilizado para caracterizar o comportamento dos materiais submetidos a solicitações alternadas Resistência a fadiga x vida útil esperada Fadiga O mecanismo de falha ainda não compreendido e a aparência de uma fratura frágil na superfície de um material dúctil geraram especulações de que o material de alguma maneira apresentou cansaço e fragilizouse devido às oscilações da carga aplicada O primeiro avião a jato comercial de passageiros o inglês Comet despedaçouse duas vezes em 1954 devido a falhas por fadiga em sua fuselagem consequências dos ciclos de pressurizaçãodespressurização da cabine Mais recentemente 1988 um Boeing 737 de uma linha área do Havaí perdeu cerca de um terço da cobertura de sua cabine enquanto voava a 25000 pés de altitude Fatos históricos Mecanismo da falha por fadiga As trincas de fadiga geralmente têm início em um entalhe ou em outro elemento de concentração de tensão Início da trinca Pode iniciar devido a estruturas microscópicas como vazios partículas eou inclusões no material utilizado Pode ter um intervalo de tempo curto Pode ocorrer escoamento local Caracterizado por uma deformação plástica localizada Propagação da trinca O crescimento da trinca se deve a tensões de tração A trinca propagase ao longo dos planos normais aos de tensão máxima de tração A propagação da trinca pode variar em escalas micrométricas 10⁸ a 10⁴ por ciclo podendo se tornar significativa Superfície de falha de um corpo de prova de alumínio com uma ampliação de 12000X juntamente com a representação do modelo de tensão cíclica atuante na peça que falhou Ciclos de elevada tensão mostram estrias maiores do que aquelas mais frequentes de pequena amplitude indicando que amplitudes de tensão maiores causam um maior crescimento da trinca por ciclo Corrosão é um outro mecanismo de propagação de trincas Fadiga por corrosão Ocorre uma sinergia entre a corrosão e a trinca onde o material corrói mais rapidamente e a trinca se propaga mais rapidamente Fratura A trinca continuará a crescer enquanto tensões de tração cíclicas eou fatores de corrosão de severidade suficiente estiverem presentes O fator de intensidade de tensão K na extremidade da trinca atinge o nível da tenacidade à fratura do material ocasionando falha repentina A região de fratura frágil corresponde à porção que apresentou ruptura repentina quando a trinca atingiu o seu tamanho limite Tensão nominal alta Sem concentração de tensão Concentração de tensão moderada Concentração de tensão severa Tensão nominal baixa Sem concentração de tensão Concentração de tensão moderada Concentração de tensão severa Traçãotração ou traçãocompressão Tensão nominal alta Sem concentração de tensão Concentração de tensão moderada Concentração de tensão severa Tensão nominal baixa Sem concentração de tensão Concentração de tensão moderada Concentração de tensão severa Flexão unidirecional Tensão nominal alta Sem concentração de tensão Concentração de tensão moderada Concentração de tensão severa Tensão nominal baixa Sem concentração de tensão Concentração de tensão moderada Concentração de tensão severa Flexão alternada Tensão nominal alta Sem concentração de tensão Concentração de tensão moderada Concentração de tensão severa Tensão nominal baixa Sem concentração de tensão Concentração de tensão moderada Concentração de tensão severa Flexão rotativa Torção Modelos de falha por fadiga 3 modelos Tensão número de ciclos SN Deformaçãonúmero de ciclos εN Mecânica da fratura linearelástica MFLE Regimes de fadiga Fadiga de baixo ciclo FBC Fadiga de alto ciclo FAC Dowling6 define a fadiga de altociclo como a fadiga que tem início por volta de 10² até 10⁴ ciclos de tensão deformação com esse número variando de acordo com o tipo de material Juvinall7 e Shigley8 sugerem um valor igual a 10³ ciclos e Madayag9 define de 10³ até 10⁴ ciclos como o ponto de interrupção Norton considera 10³ ciclos o ponto de divisão Tensãonúmero de ciclos SN Este é o mais antigo dos três modelos citados e ainda é o mais frequentemente utilizado nas aplicações que envolvem fadiga de altociclo FAC Esta abordagem proporciona melhores resultados quando as amplitudes das solicitações são conhecidas e consistentes ao longo da vida da peça Modelo baseado na tensão que busca determinar a resistência à fadiga eou o limite de fadiga para o material de modo que as tensões cíclicas possam ser mantidas abaixo deste nível e com isso evitase a falha para o número de ciclos requerido Esta abordagem busca manter baixas as tensões locais nos entalhes e assim o estágio de iniciação da trinca nunca começa A suposição é e este é o objetivo do projeto que as tensões e deformações permanecem no regime elástico e que não há ocorrência de escoamento local para a propagação de uma trinca qualquer A abordagem tensãonúmero de ciclos permite o projeto de peças e componentes sob carregamento cíclico para uma vida infinita para alguns materiais em determinadas condições Deformaçãonúmero de ciclos εN Devido ao fato de a iniciação de uma trinca envolver escoamento uma aproximação baseada na tensão é incapaz de modelar adequadamente esse estágio do processo de fadiga modelo baseado na deformação fornece uma visão razoavelmente precisa do estágio de iniciação da trinca Essa abordagem também pode esclarecer os danos cumulativos devido às variações na carga cíclica ao longo da vida da peça como sobrecargas que podem introduzir tensões residuais favoráveis ou desfavoráveis na região de falha Combinações de cargas de fadiga e temperatura elevada são modeladas com maior segurança nesse caso porque os efeitos de fluência podem ser incluídos na formulação matemática Este método é aplicado com maior frequência em regimes de fadiga de baixociclo e em problemas de vida finita É a aproximação mais complicada dos três modelos para ser utilizada e requer uma solução com o auxílio de computadores Mecânica da fratura linearelástica MFLE A teoria da mecânica da fratura fornece o melhor modelo para o estágio de propagação da trinca do processo de fadiga Este método bastante utilizado para predizer o tempo de vida restante em peças trincadas durante serviço é aplicado em regimes de fadiga de baixociclo e em problemas de vida finita nos quais as tensões cíclicas são conhecidas por serem elevadas o suficiente para causarem a formação de trincas Esta abordagem é frequentemente utilizada em conjunto com ensaios não destrutivos END em programas periódicos de inspeção de serviço especialmente na indústria aeronáuticaaeroespacial A aplicação do método é razoavelmente direta mas depende da precisão exatidão da expressão para o fator geométrico de intensidade de tensão β e também na estimativa do tamanho da trinca inicial a requerida para o processamento computacional A escolha do modelo de falha por fadiga para propósitos de projeto de máquinas depende do tipo de máquina que está sendo projetada e em qual aplicação ela será utilizada Motor de combustão interna Chassi de um veículo Critérios para estimar a falha por fadiga A melhor informação a respeito da resistência à fadiga de um material para uma vida finita ou seu limite de resistência à fadiga para uma vida infinita provém de ensaios com montagens reais ou com os protótipos dos dispositivos de um projeto real Dados de fabricantesfornecedores de material Resistência à fadiga teórica ou limite de fadiga estimado Se não existirem dados disponíveis de resistência à fadiga valores aproximados de ou podem ser estimados a partir de valores da resistência à tração do material e resistência ao escoamento Para materiais com altos valores de resistência à tração a resistência à fadiga tende a estabilizarse Aço Ferro fundido e forjado Liga de alumínio Liga de cobre A partir desses dados relações aproximadas podem ser especificadas entre S ut e S f ou S e aço s S e 05 S ut para S ut 200 kpsi 1400 MPa S e 100 kpsi 700 MPa para S ut 200 kpsi 1400 MPa ferros S e 04 S ut para S ut 60 kpsi 400 MPa S e 24 kpsi 160 MPa para S ut 60 kpsi 400 MPa alumínios S f 04 S ut para S ut 48 kpsi 330 MPa S f 19 kpsi 130 MPa para S ut 48 kpsi 330 MPa ligas de cobre S f 04 S ut para S ut 40 kpsi 280 MPa S f 14 kpsi 100 MPa para S ut 40 kpsi 280 MPa Fatores de correção para resistência à fadiga As resistências à fadiga ou a limites de fadiga obtidos de ensaios com corpos de prova padrão ou de estimativas baseadas em testes estáticos devem ser modificadas para considerar em seus valores finais as diferenças físicas entre os corpos de prova e a peça real que está sendo projetada Diferenças de temperatura e de meio ambiente umidade efeitos de corrosão etc entre as condições do ensaio e as condições a que a peça estará submetida no futuro condições reais devem ser levadas em consideração além das diferenças na maneira de aplicação do carregamento Esses e outros fatores estão incorporados dentro de um conjunto de fatores de redução da resistência que são depois multiplicados pela estimativa teórica para se obter a resistência à fadiga corrigida ou o limite de fadiga corrigido para uma aplicação em particular onde Se representa o limite de fadiga corrigido para um material que exibe um ponto de inflexão em sua curva SN e Sf representa a resistência à fadiga corrigida definida para um número particular de ciclos N correspondente a um material que não apresenta ponto de inflexão Fatores de redução da resistência Efeitos da solicitação Uma vez que as relações descritas anteriormente e a maioria dos dados publicados de resistência à fadiga se referem a ensaios sob flexão rotativa um fator de redução da resistência para a solicitação devido à força normal deve ser aplicado Efeitos do tamanho Os corpos de prova sujeitos a ensaios estáticos ou sujeitos à flexão rotativa possuem pequenas dimensões Se a peça em questão é maior do que a dimensão citada um fator de tamanho que reduz a resistência deve ser aplicado a fim de se considerar o fato de que peças maiores falham sob tensões menores devido à maior probabilidade de um defeito estar presente na área sob tensão Para tamanhos maiores usase Ctamanho 06 Diâmetro equivalente de Kuguel Efeitos de superfície O corpo de prova padrão da viga rotativa é polido com um acabamento espelhado para impedir que imperfeições superficiais atuem como intensificadores de tensão Normalmente não é prático realizar este tipo de acabamento por inteiro em uma peça real Acabamentos mais grossos diminuem a resistência à fadiga devido à introdução de concentrações de tensão eou alteração das propriedades físicas da camada superficial da peça Uma superfície forjada é rugosa e descarnobizada e os reduziros níveis de carbono enfraquecem a superfície onde as tensões são frequentemente as mais elevadas Um fator de superfície de redução da resistência C super f fazse necessário para considerar essas diferenças Efeitos de temperatura Ensaios de fadiga são mais comumente realizados a temperatura ambiente A tenacidade à fratura diminui a baixas temperaturas e aumenta de valor em temperaturas moderadamente elevadas até por volta de 350C Entretanto o ponto de inflexão joelho do limite de fadiga na curva SN desaparece em altas temperaturas fazendo com que a resistência à fadiga continue a diminuir com o aumento do número de ciclos N Além disso a resistência ao escoamento decai continuamente com temperaturas acima da temperatura ambiente e em alguns casos isso pode provocar o fenômeno do escoamento antes mesmo da falha por fadiga Shigley e Mitchell sugerem o seguinte Efeitos de confiabilidade Muitos dos dados de resistência registrados na literatura referemse a valores médios Existe no entanto uma considerável dispersão nos ensaios realizados com o mesmo material sob condições semelhantes de ensaio Haugen e Wirsching relatam que os desviospadrão das resistências à fadiga de aços raramente excedem 8 de seus valores médios Interpretação Desejandose ter uma probabilidade de que 9999 das amostras igualem ou superem o valor de resistência assumido é necessário multiplicarse o valor da resistência média por 0702 Efeito do ambiente O ambiente pode ter efeitos significativos na resistência à fadiga quanto maior forem a umidade relativa e a temperatura maior será a redução da resistência do material em contato com o ar do ambiente Desenho do diagrama SN Neste caso a largura de banda de interesse é o regime fadiga de altociclo de 10³ a 10⁶ ciclos Suponha que Sm seja a resistência do material a 10³ ciclos Dados de teste indicam que as seguintes estimativas para Sm são razoáveis flexão Sm 09 Sut força normal Sm 075 Sut Se o material apresenta um limite de fadiga então Se corrigido é plotado em Ne 10⁶ ciclos e uma linha reta é traçada entre Sm e Se Se o material não apresenta um limite de fadiga então o Sf corrigido é plotado no número de ciclos para o qual este foi gerado mostrado para Nf 5 10⁸ e uma linha reta é traçada entre Sm e Sf A equação da reta que passa por Sm e Se ou Sf pode ser escrita como onde SN é a resistência à fadiga correspondente a um N qualquer e a e b são constantes definidas pelas condições de contorno Exemplo Construa um diagrama SN estimado para uma barra de aço e defina suas equações Quantos ciclos de vida podem ser esperados se a tensão alternada é de 100 MPa O Sut obtido experimentalmente é 600 MPa A barra quadrada tem 150 mm de lado e tem acabamento superficial de laminado a quente A temperatura máxima de operação é de 500C O carregamento aplicado é flexão pura alternada A vida infinita é requerida e pode ser obtida pois este aço dúctil apresentará limite de fadiga Será considerado um fator para confiabilidade de 999 Sem informação sobre limite de fadiga Carregamento de flexão A peça é maior que o corpo de prova e não tem seção circular Fator de tamanho é calculado fator de acabamento superficial fator de temperatura fator de confiabilidade Valor corrigido de Se Se Ccarreg Camano Csuperf Ctemp Ccomp Crot Se Se 10074705840710753300 Se 70 MPa Estimando Sm para 10³ ciclos Sm 09 Sut 090600 540 MPa b 13 logSm Se 13 log54070 0295765 loga logSm 3b log540 30295765 a 4165707 Para a tensão alternada aplicada de 100 MPa temse 100 4165707N0295765 log 100 log 4165707 0295765 log N 2 3619689 0295765 log N log N 2 3619689 0295765 N 105476270 30E5 ciclos graph σ MPa números de ciclos N