Qual o efeito do aumento do tempo e da temperatura no fenômeno da fluência?
Passo 1
O enunciado pergunta qual é o efeito do aumento do tempo e da temperatura no fenômeno da fluência em materiais. Aqui o conteúdo é comportamento viscoplástico sob carga constante: queremos entender como a deformação por fluência varia com o tempo de aplicação da carga e com a temperatura do material.
Passo 2
Efeito do aumento do tempo sob carga constante
Quando mantemos uma tensão constante sobre um material, a deformação por fluência evolui em três estágios – primário, secundário e terciário. À medida que o tempo de carregamento aumenta:
. A fase primária (taxa de fluência decrescente) logo se esgota.
. A fase secundária (taxa de fluência quase constante) domina por mais tempo.
. Se o tempo for suficientemente grande, chega-se à fase terciária, com aceleração da taxa de fluência e risco de ruptura.
Em resumo, quanto maior o tempo sob tensão, maior a deformação acumulada e menor a vida à ruptura por fluência.
Quando mantemos uma tensão constante sobre um material, a deformação por fluência evolui em três estágios – primário, secundário e terciário. À medida que o tempo de carregamento aumenta:
Em resumo, quanto maior o tempo sob tensão, maior a deformação acumulada e menor a vida à ruptura por fluência.
Passo 3
Efeito do aumento da temperatura
A fluência é um processo termicamente ativado, controlado por mecanismos como difusão de átomos e movimento de discordâncias. A lei empírica mais comum para a taxa de fluência estacionária é
A fluência é um processo termicamente ativado, controlado por mecanismos como difusão de átomos e movimento de discordâncias. A lei empírica mais comum para a taxa de fluência estacionária é
onde
é a taxa de fluência,
e
são constantes do material,
é a energia de ativação,
é a constante dos gases,
é a temperatura absoluta.
Dessa fórmula vemos que, para o mesmo nível de tensão , o aumento de
reduz o argumento do exponencial, elevando fortemente
. Na prática, isso significa que, a temperaturas mais altas, o material deforma-se mais rápido, encurtando seu tempo de vida à fluência.
Dessa fórmula vemos que, para o mesmo nível de tensão
Passo 4
Síntese dos dois efeitos
Aumento do tempo
acumulação contínua de deformação, avanço pelas fases de fluência e eventual ruptura.
Aumento da temperatura
aceleração da taxa de fluência (todas as fases ocorrem mais rápido) e redução do tempo até a ruptura.
Resposta
O aumento do tempo sob carga faz com que a deformação por fluência se acumule progressivamente, levando da fase primária à terciária até a ruptura. O aumento da temperatura acelera todos os estágios da fluência, aumenta a taxa estacionária
e reduz drasticamente o tempo de vida do material sob fluência.