Considere a seguinte situação de aplicação: uma barra de aço com
kpsi e
. A barra é forjada e possui uma secção quadrada com lados iguais a
. A temperatura de operação é
, com carregamento aplicado de força normal. Determine: O limite de fadiga para vida infinita; O limite de fadiga em
ciclos; O número de ciclos correspondente a uma tensão de 80 kpsi ; Construa o gráfico SN para o material; O que poderá ser feito para elevar o limite de fadiga do material.
Passo 1
O enunciado pede a resistência à fadiga de uma barra de aço forjada com
,kpsi e
,kpsi, seção quadrada de lado
,in, operando a
C sob carregamento axial.
Conteúdo: uso do método dos fatores de correção para obter o limite de fadiga para vida infinita e a curva --
. Vamos precisar
. Calcular o limite de fadiga “ideal”
.
. Aplicar fatores de correção para superfície, tamanho, carregamento e temperatura para obter o limite de fadiga modificado
.
. Ajustar a curva
--
com o expoente de fadiga
.
. Calcular
em
ciclos e o número de ciclos para
,kpsi.
Conteúdo: uso do método dos fatores de correção para obter o limite de fadiga para vida infinita e a curva
Passo 2
Calcule o limite de fadiga ideal para amostras padrão (rotativas ou plana reversa):
Substituindo:
Passo 3
Determine os fatores de correção:
. Fator de acabamento superficial
para peça forjada
com
,
(tabela típica)
Size factor
Passo 4
Multiplique para obter o limite de fadiga corrigido:
Calculando:
Passo 5
Para descrever a curva
, usamos a lei de Basquin em tensão alternada:
onde
é o expoente de fadiga. Para aços de meia-vida típica, adota-se
Passo 6
Calcule o limite de fadiga em
ciclos. Aqui
, então
Como
,
Passo 7
Determine o número de ciclos para
,kpsi. Da mesma lei de Basquin:
Como
,
logo
ou seja, praticamente nenhuma vida útil (estamos bem acima do limite de escoamento à fadiga).
Passo 8
Esboço do gráfico
--
(em escala log-log):
– Para a tensão máxima aproxima-se de
.
– Entre e
a queda segue Basquin com inclinação
.
– Para a curva se nivela em
,kpsi (linha horizontal).
– Para
– Entre
– Para
Passo 9
Para elevar o limite de fadiga do material, pode-se:
– Melhorar o acabamento superficial (polimento, jateamento ou shot peening).
– Introduzir esforços de compressão residual na superfície (shot peening, nitruração).
– Reduzir concentrações de tensão (raios maiores em entalhes).
– Baixar a temperatura de operação ou usar tratamento térmico para aumentar dureza.
– Melhorar o acabamento superficial (polimento, jateamento ou shot peening).
– Introduzir esforços de compressão residual na superfície (shot peening, nitruração).
– Reduzir concentrações de tensão (raios maiores em entalhes).
– Baixar a temperatura de operação ou usar tratamento térmico para aumentar dureza.
Resposta
Limite de fadiga para vida infinita:
,kpsi.
Limite de fadiga em ciclos:
,kpsi.
Número de ciclos para ,kpsi:
ciclos (praticamente falha imediata).
Gráfico --
: curva de Basquin com
, nivelando em
.
Para melhorar a fadiga: polimento, shot peening, nitruração, alívio de concentrações de tensão e redução de temperatura.
Limite de fadiga em
Número de ciclos para
Gráfico
Para melhorar a fadiga: polimento, shot peening, nitruração, alívio de concentrações de tensão e redução de temperatura.