Fadiga do aço devido a carregamento cíclico
Alguns factos sobre a fadiga
- O primeiro artigo publicado sobre fadiga é de 1837
- A fadiga causa danos irreversíveis; o material não consegue recuperar
- O aço tem um limite de fadiga teórico; o carregamento contínuo abaixo deste limite não conduz à rotura por fadiga
- As tensões de tração são a principal causa de fadiga, mas mesmo cargas de compressão podem ser a razão
- Uma gama de tensões mais ampla conduz a uma vida útil mais curta da estrutura
- A temperatura, a rugosidade superficial, as tensões residuais e outros fatores influenciam a vida à fadiga
Fases da fadiga
Em geral, distinguem-se três fases:
- Fase um – Iniciação da fissura
Microfissuras começam a formar-se em torno de concentrações de tensão em formações geométricas como arestas. Quando a largura de uma rotura ultrapassa 10 μm, podemos falar de fissura.
- Fase dois – Crescimento das fissuras
O crescimento da fissura depende da gama do carregamento cíclico, da tensão média, mas também de sobrecargas e subcargas. O crescimento da fissura pode mesmo parar se as cargas forem inferiores a um determinado limiar.
- Fase três – Propagação da fissura
A propagação das fissuras ocorre quando as microfissuras e as tensões associadas atingem uma determinada dimensão. Quando a tensão ultrapassa o valor denominado tenacidade à fratura (uma forma quantitativa de expressar a resistência de um material à fratura frágil na presença de uma fissura), ocorrerá a fratura insustentável.
Como prevenir a fadiga
A fadiga pode ser reduzida ou totalmente evitada com considerações de engenharia adequadas. Para estruturas de aço, existem duas formas principais de prevenir roturas por fadiga.
1. manter a tensão abaixo do limiar do limite de fadiga (conceito de vida infinita)
A vida à fadiga Nf é o número de ciclos de tensão de um determinado carácter que uma estrutura suporta antes de ocorrer a rotura. Para o aço, existe um valor teórico de amplitude de tensão abaixo do qual o material não rompe para qualquer número de ciclos. Este valor é denominado limite de fadiga ou limite de endurância.
Por AndrewDressel na Wikipedia em inglês, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6319461
2. realizar uma análise de fadiga por software em projetos de estruturas
A análise por software pode revelar zonas onde a fadiga é um problema. Pode ajudar a reprojetar a estrutura, por exemplo, concentrar as tensões em locais preferenciais da estrutura, alterar dimensões e posições de furos, etc.
A nossa solução
O primeiro passo desta extensa tarefa foi concluído no IDEA StatiCa V21. Consulte este artigo, onde é descrita a análise de acordo com EN 1993-1-9.
A análise pode ser encontrada junto aos outros tipos abaixo da faixa superior.
O tipo de análise de fadiga serve para determinar a gama de tensões normais e de corte entre dois casos de carga. As tensões correspondem a tensões nominais e devem ser posteriormente avaliadas utilizando métodos de cálculo normativos. Pressupõe-se a sua utilização para o dimensionamento de detalhes de fadiga de alto ciclo, onde não se espera cedência.
O tipo de análise de fadiga não fornece qualquer resistência final nem o número de ciclos que o detalhe pode suportar. Fornece apenas dados de entrada para cálculos adicionais de acordo com as normas.
A tensão nominal pode ser calculada para:
- Parafusos – à tração e ao corte
- Soldaduras – geradas automaticamente numa secção de chapa junto à soldadura
- Chapas – em secções definidas pelo utilizador
A tensão nominal é determinada subtraindo as tensões do caso de carga de referência às de outro caso de carga.
Para uma análise mais detalhada deste tipo de análise, visite o nosso Centro de Suporte:
Fundamentos Teóricos: Tipo de análise de fadiga
Análise de fadiga – Soldaduras de topo de secção em I
Este tipo de análise está disponível para os nossos utilizadores na edição Enhanced .
