65ª Reunião Anual da SBPC

B. Engenharias - 1. Engenharia - 9. Engenharia Mecânica

METODOLOGIA DE ANÁLISE DE FADIGA EM COMPONENTES ESTRUTURAIS DE AÇO BASEADA NA MECÂNICA DA FRATURA

Vitor Messias Silva e Souza - Depto. De Ciências Ambientais e Tecnológicas- UFERSA Jadson Freitas de Holanda - Depto. De Ciências Ambientais e Tecnológicas- UFERSA Bruno Mycaell da Cunha Oliveira - Depto. De Ciências Ambientais e Tecnológicas- UFERSA Fabricio Jose Nobrega Cavalcante - Depto. De Ciências Ambientais e Tecnológicas- UFERSA

INTRODUÇÃO:

Durante o tempo em serviço, estruturas e componentes mecânicos dos equipamentos podem falhar e causar acidentes. Isto, geralmente, conduz a perdas econômicas e vidas, além de poder gerar efeitos ambientais negativos. Uma das falhas mais comum nos materiais é a fadiga, onde pode ser definida como um fenômeno que ocorre quando um membro sobre tensão de uma maquina ou estrutura quando a falhar sob ação de uma tensão muito menor que a equivalente à sua resistência estática, se tensão é de natureza cíclica ou alternada. Com o surgimento de fraturas inesperadas dos materiais, necessitou-se avaliar os mecanismos de fratura na engenharia, conduzindo ao desenvolvimento de uma metodologia que compensasse as insuficiências do projeto convencional. Após vários anos de desenvolvimento, a Mecânica da Fratura tornou-se uma ferramenta útil e de grande importância no projeto de estruturas e equipamentos. Neste sentido, este trabalho trata do cálculo dos valores do fator de intensidade de tensão relativos à solicitação na ponta da trinca e à análise de propagação de trincas em componentes sujeitos à fadiga com base na Mecânica da Fratura. A Mecânica da Fratura será utilizada para analisar, explicar e prever o comportamento de trincas e avaliando a vida restante do componente.

OBJETIVO DO TRABALHO:

O objetivo principal deste trabalho é o estudo teórico de uma metodologia que consiste na aplicação dos fundamentos da Mecânica da Fratura para a análise de propagação de trincas em componentes mecânicos sujeitos à fadiga. Para isso serão utilizados métodos numéricos para a análise global de regiões críticas em termos de solicitação, visando à obtenção de respostas em termos de tensão.

MÉTODOS:

Para a análise da propagação de trincas usando a abordagem da Mecânica da Fratura são necessários os dados relativos à geometria do corpo, comprimento inicial e final da trinca e valores máximos e mínimos de K Icorrespondente às situações extremas de carregamento. Os Materiais que foram analisados neste trabalho foram pesquisados na literatura do Callister, que consistir em uma placa com 1,0m de largura de aço SAE-ABNT 1020, laminado a frio, que inicialmente possui uma trinca de 1mm de profundida na superfície e uma placa com 1,0m de largura de aço SAE-ABNT 4340 revenida a 425ºC, que inicialmente possui uma trinca de 1mm de comprimento na superfície. Inicialmente calculou o Fator Geométrico para os dois materiais, em seguida o fator de intensidade de tensões e com isso achando o tamanho critico da trinca presente nos materiais. Com diversos parâmetros definidos para os materiais, simulou-se algumas situações para determinadas tensões aplicada nos aços, encontrando a vida em fadiga dos materiais e estimando a curva de propagação em fadiga. com geração dos gráficos em cada situação.

RESULTADOS E DISCUSSÃO:

Analisando os dados das simulações e as curvas obtidas, foi visto que quanto maior as tensões de tração aplicadas, maior será a velocidade de propagação para os dois aços. Nas curvas de propagação por fator de intensidade de tensões, observou três regiões distintas, onde a primeira é a nucleação da trinca, a segunda a propagação da trinca e a terceira a fissura da trinca. Para todas as simulações do aço 1020 e 4340,foi visto que a maior parte da vida em fadiga é na região I, já que nas regiões II e III, a velocidade de propagação é elevada em comparação com a região I. isso acontecer devido à microestrutura do material e é por isso que se deve se dar uma maior importância na região I.

CONCLUSÕES:

A metodologia apresentada e testada neste trabalho mostrou-se viável para a estimativa da propagação de trincas em componentes estruturais, utilizando métodos numéricos para analise global de regiões criticas em termos de solicitação, com base na fundamentação da mecânica da fratura. Os resultados obtidos no estudo da propagação de trincas de fadiga para o aço SAE-ABNT 1020, laminado a frio e aço SAE-ABNT 4340 revenida a 425ºC apontam para as seguintes conclusões: Os resultados mostraram que o a peça de aço 1020 laminado a frio, tem as melhores condições para trabalhar em fadiga do que a peça de aço 4340 revenido a 425ºC. Esse resultado pode ser atribuído à microestrutura e as propriedades do aço 4340 revenida a 425º C, que é mais resistente e duro do que o aço 1020, porém tem uma menor tenacidade e tensão de escoamento. As estimativas de propagação obtidas segundo a metodologia apresentada tornam possível a aplicações em projetos mecânicos, que considere esforços, cíclicos com possíveis surgimento de trinca, minimizando-se a ocorrências de quebras acidentais de componentes industriais e de riscos para a segurança de pessoas e equipamentos.

Palavras-chave: Mecânica da Fratura, Fadiga, Propagação de Trincas.