Considere a seguinte situação de projeto e defina o material a ser utilizado para um limite de fadiga infinito. Sabe-se que a carga P 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 – 10 lbf a +10 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
Pa = Pmax-Pmin2 = 10 - (-10)2 = 10 lbf
Se a seção crítica tiver área A, o esforço alternante nominal será
sigmaa = PaA
Como A e a geometria não foram fornecidas, mantemos o critério genérico: o material deve ter endurance limit sigmae tal que
sigmaa cdot Kt cdot n <= sigmae,
onde Kt é o fator de concentração geométrica e n é o fator de segurança.

Passo 3

Listamos as famílias de materiais que apresentam limite de fadiga bem definido (vida infinita):
1. Aços e ferros fundidos – têm limite de fadiga aproximado a 0,4 0,6 Su.
2. 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.

Passo 4

Escolha típica: aço-carbono ou aço ligado têm boa relação custo-benefício e endurance limit elevado.
Por exemplo, para aço AISI 4340 (têmpera e revenimento) temos
Su approx 1080 MPa, sigmae approx 0,5,Su approx 540 MPa
Mesmo com fatores de concentração Ktsim1,5 e nsim2, obtém-se reserva suficiente pois até um esforço alternante real de
sigmaa = 10,lbfAapprox 5 MPa
(para áreas típicas) fica muito abaixo de 540/ (1,5cdot2)approx 180 MPa.

Passo 5

Conclusão prática: adotamos um aço para têmpera e revenimento, por exemplo AISI 4340 ou AISI 4140, que apresenta limite de fadiga > 400 MPa. Isso garante sigmaa<Kt,n,sigmae e permite vida infinita mesmo considerando imperfeições de superfície e ambiente.

Resposta

Recomenda-se usar um aço ligado de alta resistência, por exemplo AISI 4340 temperado e revenido, pois seu limite de fadiga ( approx 540 MPa) é muito superior ao esforço alternante gerado por 10 lbf, garantindo vida infinita à fadiga com folga mesmo em presença de concentrações de tensão e fatores ambientais.

Exercícios relacionados