Conceitue o termo fadiga e descreva o processo de dano que caracteriza este tipo de falha em componentes mecânico-estruturais.

Passo 1

Vamos tratar de fadiga de materiais, tópico comum em Mecânica dos Materiais e Mecânica da Fratura. Precisaremos conceituar o que é fadiga e explicar suas três etapas principais: nucleação de trinca, propagação de trinca e fratura final.

Passo 2

Fadiga é o fenômeno de falha em um componente submetido a carregamentos cíclicos (repetitivos), mesmo que a amplitude dessas tensões esteja abaixo do limite de resistência estática do material. Em outras palavras, um material pode romper-se por fadiga sob tensões menores do que aquelas que causariam fratura em um único carregamento estático.

Passo 3

A primeira etapa do processo de dano é a nucleação de trincas microscópicas. Sob repetição de carga, surgem concentrações de plástico localizadas em descontinuidades da superfície ou na microestrutura (incluindo poros, inclusões ou contornos de grão). Essas regiões acumulam deformação plástica alternada até formar pequenas fissuras quase imperceptíveis.

Passo 4

Após a nucleação, ocorre a propagação estável da trinca. A cada ciclo de carga, a ponta da fissura avança um pouco, seguindo um regime de crescimento controlado pela amplitude de tensões cíclicas e pelo fator de intensidade de tensões De<a K. Nesta fase, o avanço do crack é relativamente lento e pode ser analisado pela lei de Paris:
dadN = C,(De<a K)^m
onde da/dN é o crescimento da trinca por ciclo, e C e m são constantes do material.

Passo 5

Quando a trinca atinge um tamanho crítico, a seção restante do componente não suporta mais a carga aplicada de forma segura, levando a uma ruptura final quase instantânea. Essa fratura última costuma apresentar superfície rugosa e forma característica de cisalhamento, evidenciando a transição de propagação lenta para fratura abrupta.

Resposta

Fadiga é a falha por carregamentos cíclicos abaixo da resistência estática do material, caracterizada por:
  1. Nucleação de trincas microscópicas em descontinuidades;
  2. Propagação estável da trinca conforme a legislação de crescimento de Paris;
  3. Fratura final rápida quando a trinca atinge tamanho crítico.

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