Caderno Exercicios Mecanica Fratura Fadiga Pos Rev2

8/17/2019 Caderno Exercicios Mecanica Fratura Fadiga Pos Rev2

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CADERNO DE EXERCÍCIOS: MECÂNICA DA FRATURA EANÁLISE DE FADIGA: FUNDAMENTOS E MODELAGEM

Exemplos extraídos do treinamento de práticas de

fadiga da nCode


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• Flexione clips de papel 90 graus repetidamente

e conte o número de ciclos até a falha.

Perguntas

• Qual é a vida média?

• Qual a distribuição usada?

• Pode-se estimar a vida

– a partir de um ensaio? – analiticamente?

Fadiga do Clip de Papel

Exemplos extraídos do treinamento da nCode


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Perguntas:

• Você está projetando um componente que não pode falhar. Qual é atensão de projeto?

• Quais as hipóteses feitas?

Tensão de projeto


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• Perguntas:

• Qual é a vida para uma tensão de 200MPa? E para 100 Mpa?• Estime a curva S-N graficamente. Qual o maior erro a partir da tensão

média?

Curva S-N (Tensão x Vida)


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Dados:

• Su = 200 Mpa

• Se = 100 Mpa

• Perguntas:

• Um corpo de prova carregado

repetidamente entre 40 MPa e160 MPa sobreviveria?

• Qual a amplitude da tensãoequivalente (com média zero)para carregamento cíclico de

média 80 MPa e umaamplitude de 80 MPa?

Tensão Média


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Dados• Aço: UTS= 1000 MPa (145 Ksi)

• Carregamento: -300 MPa a 700 MPa

• Use os gráficos na próxima página

Perguntas

• Gerar a curva SN baseado na UTS

(Usar: .9UTSx1e3 e .5UTSx1e6)

• Qual é a vida quando não há correção da média?

• Qual é a vida quando o acabamento superficial é do tipo “hot-rolled”?

(supondo que não há correção da média?)

• Qual é a vida supondo a correção da tensão média de Goodman (e que oacabamento é “hot-rolled”)?

Análise S-N


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Análise S-N


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Dados

• Material: SAE 1045 recozido (annealed)

• Monotônico: E=207000 MPa• K=1047 MPa , n=0.12

• Cíclico: E=207000 MPa

• K’=1178 MPa, n’=0.17

• Histórico: +/- 6000 micro strains

Use o gráfico e verifique com as equações de Ramberg-Osgood:

Perguntas• Qual é a tensão no primeiro ponto de reversão?

• Qual é a tensão máxima depois que o material estabilizou?

• Qual é a faixa (range) de tensões como ciclo estabilizado?

Curva Tensão - Deformação


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Histórico de deformação registrado por um extensômetro (strain gage)

Perguntas

• Faça a contagem rainflow do histórico usando o formato Faixa-Média (Range-Média)

• Desenhe os menores ciclos no gráfico (o maior loop está apresentado no gráficoacima)

• Desenhe os ciclos (loops) de tensão deformação locais se o histórico de entradaveio de um cálculo FEA elástico.

Contagem de ciclos (Rainflow Cycle Counting)


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Um componente é sujeito a histórico de deformações nominais elástico.

• Modele a resposta tensão-deformação local usando a regra de Neuber e a

hipótese de Masing para calcular o dano considerando a repetição do histórico e avida em fadiga para iniciar a trinca usando a regra de Miner.

• Carregamento: o histórico de deformações nominais

• Geometria: componente com um furo circular.

Hipótese: Kf=Kt = 3

Iniciação de trinca (Strain-Life Analysis)


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Material:• Aço com as seguintes propriedades cíclicas do material:

• E=205000 MPa K’=1200 Mpa Kt=3 n’=0.2

Trace a tensão-deformação para determinar os ciclos fechados



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• Plote : comportamento tensão-deformação



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• Material

• Considere a curva E-N e os parâmetros de Smith Topper Watson (Tensão Max Xdeformação) versus Vida

• Calcular o dano para cada ciclo baseado no parâmetro de SWT



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• Suponha que um componente projetado com a liga de alumínio 2024-T3 tem umatrinca de comprimento a, e é submetido a carregamento cíclico com R=0 e faixa(range) de tensões igual a 50% da tensão de escoamento do material.

• O componente tem uma largura w de 0.5 m, e espessura de 0.02 m. Aspropriedades do material 2024-T3 estão listadas na tabela 1.

• O fator de intensificação de tensões para esta geometria é:

• Onde

• Nota: suponha que a/w é pequeno e Y=1.1

Propagação de trinca


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Tabela 1

• 1)Supondo que Y=1.1 e que a tensão máxima equivale a 50% da tensão de

escoamento, calcule o tamanho crítico da trinca.• 2)Determine o número de ciclos para uma faixa de tensões nominais de 100 MPa

para que uma trinca de tamanho inicial 2mm (0.002 m) cresça até o tamanho final10 mm (0.010 m). Use a equação

• 3)O que causa maior impacto na vida : um trinca de comprimento inicial de 1mmou uma trinca de tamanho final 15 mm?

Propagação de trinca

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