1. Descreva falha por fadiga em um material.

Passo 1

O enunciado pede para descrever o fenômeno de falha por fadiga em materiais. O conteúdo envolve mecânica dos sólidos e comportamento sob carregamento cíclico. Para resolver, precisamos explicar o que é fadiga, como ela se inicia e propaga, apresentar a curva de número de ciclos versus amplitude de tensão (curva S–N), e destacar fatores que afetam a vida útil e formas de prevenção.

Passo 2

Começando pelo conceito: falha por fadiga é a fratura de um material ocasionada por carregamentos repetitivos ou cíclicos, mesmo quando a amplitude de tensão \sigma_a está abaixo do limite de escoamento estático. Isso ocorre porque o material acumula dano interno a cada ciclo de carga, levando à formação de trincas.

Passo 3

O mecanismo de fadiga divide-se em três estágios principais. Primeiro ocorre a iniciação de microtrincas em regiões de concentração de tensão (como descontinuidades de superfície, micro-rebarbas ou inclusões). Em seguida, propaga-se uma trinca de modo estável a cada ciclo, avançando um pequeno comprimento \Delta a. Por fim, quando a seção resistente remanescente não suporta a tensão aplicada, ocorre a fratura final e rápida.

Passo 4

Para quantificar a resistência à fadiga usa-se a curva S–N (Wöhler), que relaciona a amplitude de tensão \sigma_a com o número de ciclos até a ruptura N_f. Em escala log-log, a curva geralmente decai até um patamar chamado limite de fadiga \sigma_D, abaixo do qual o material pode suportar N muito grandes (por exemplo 10^7 ciclos) sem falhar.

Passo 5

A vida em fadiga também depende do nível de tensão média \sigma_m. Modelos empíricos como Goodman ou Gerber fazem correções na curva S–N para \sigma_m\neq0, mostrando que a presença de tensão média trativa reduz a vida à fadiga.

Passo 6

Diversos fatores influenciam a falha por fadiga: acabamento de superfície (rugosidades aumentam concentrações de tensão), tratamento térmico (altera microestrutura), ambiente corrosivo (corrosão-fadiga acelera o dano), tamanho da peça e modo de carregamento (flexão, torção, tração).

Passo 7

Para prevenir a fadiga usa-se projeto cuidadoso eliminando cantos vivos, indução de tensões residuais compressivas por jateamento de granalha (shot peening), polimento de superfície, seleção de materiais com maior limite de fadiga e aplicação de revestimentos protetores.

Resposta

Falha por fadiga é a fratura progressiva de um material submetido a carregamentos cíclicos de amplitude \sigma_a mesmo abaixo do limite de escoamento, iniciando-se microtrincas em descontinuidades, propagando-se ciclicamente até a ruptura final. A resistência à fadiga é caracterizada pela curva S–N e depende de tensões médias, acabamento superficial, tratamentos e condições ambientais.

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