Considere a seguinte situação de projeto e defina o material a ser utilizado para um limite de fadiga infinito. Sabe-se que a carga
aplicada, tem variação de -10 a 10 lbf e que as demais condições que não são observadas, devem ser previstas para a escolha do material. Justifique sua resposta.
Passo 1
O enunciado pede um projeto de vida infinita à fadiga para uma peça sujeita a uma carga axial “P” que varia de –
lbf a
lbf. O conteúdo aqui é “resistência à fadiga em regime de vida infinita”. Para isso precisamos garantir que o esforço alternante na seção crítica fique abaixo do limite de fadiga (endurance limit) do material escolhido, multiplicado por um fator de segurança e considerando eventuais fatores de concentração e ambientais.
Passo 2
Definimos a amplitude da carga e do esforço alternante.
A amplitude da força é
A amplitude da força é
Se a seção crítica tiver área
, o esforço alternante nominal será
Como
e a geometria não foram fornecidas, mantemos o critério genérico: o material deve ter endurance limit
tal que
onde
é o fator de concentração geométrica e
é o fator de segurança.
Passo 3
Listamos as famílias de materiais que apresentam limite de fadiga bem definido (vida infinita):
. Aços e ferros fundidos – têm limite de fadiga aproximado a
–
.
. Titânio e ligas ferrosas especiais – também possuem endurance limit.
Alumínios não têm verdadeiro limite de fadiga (caem continuamente), então não garantem vida infinita sem espessuras enormes ou tratamentos especiais.
Alumínios não têm verdadeiro limite de fadiga (caem continuamente), então não garantem vida infinita sem espessuras enormes ou tratamentos especiais.
Passo 4
Escolha típica: aço-carbono ou aço ligado têm boa relação custo-benefício e endurance limit elevado.
Por exemplo, para aço AISI (têmpera e revenimento) temos
Por exemplo, para aço AISI
Mesmo com fatores de concentração
e
, obtém-se reserva suficiente pois até um esforço alternante real de
(para áreas típicas) fica muito abaixo de
.
Passo 5
Conclusão prática: adotamos um aço para têmpera e revenimento, por exemplo AISI
ou AISI
, que apresenta limite de fadiga >
MPa. Isso garante
e permite vida infinita mesmo considerando imperfeições de superfície e ambiente.
Resposta
Recomenda-se usar um aço ligado de alta resistência, por exemplo AISI
temperado e revenido, pois seu limite de fadiga (
MPa) é muito superior ao esforço alternante gerado por
lbf, garantindo vida infinita à fadiga com folga mesmo em presença de concentrações de tensão e fatores ambientais.