A previsão da vida útil da fadiga é uma tarefa comum para engenheiros. Como podemos ter certeza de que estamos fazendo a coisa certa? Existem muitos códigos e ferramentas FE disponíveis para análise de fadiga. Essas ferramentas estão funcionando corretamente?
Este artigo apresenta uma visão geral dos erros comuns cometidos na análise de fadiga.
1. Fadiga por incompreensão
O início e o crescimento da trinca são impulsionados por cargas cíclicas; tensões constantes não causarão o início da trinca por fadiga.
2. Amplitude de tensão confusa e faixa de tensão
Em geral, as curvas S-N são fornecidas com amplitudes de tensão versus número de ciclos até a falha. A amplitude da tensão é definida como metade da faixa de tensão. Para juntas soldadas, as curvas S-N são geralmente fornecidas com a faixa de tensão. Um erro por fator 2 nas tensões é, portanto, facilmente cometido.
Às vezes, o nível de tensão máximo em vez da amplitude de tensão é usado nas curvas S-N.
3. Ignorando tensões médias e tensões residuais
Embora a vida em fadiga seja determinada pelo caráter cíclico das tensões (isto é, amplitude das tensões), a tensão média também tem efeito. Uma tensão média crescente é desfavorável para a vida em fadiga, uma tensão média decrescente é favorável.
Observe que as tensões residuais no local crítico (pré-tensões, tensões de montagem, etc.) têm o mesmo efeito que as tensões médias do ciclo.
4. Derivando dados de fadiga de propriedades estáticas
A resistência à fadiga depende de muito mais fatores do que a resistência estática. As condições da superfície, as concentrações de tensão, o tamanho do componente, o tipo de carregamento, o nível médio de tensão, o ambiente, etc., têm um grande impacto nas propriedades de fadiga.
5. Aplicando correção de tensão média nas tensões em vez do limite de fadiga
As curvas SN são frequentemente fornecidas para um nível de tensão médio de zero (R = -1). Correções de tensão média (Gerber, Goodman, Schütz, FKM) estão disponíveis para estimar os dados de fadiga para níveis de tensão média diferentes de zero. Observe que essas estimativas devem ser aplicadas ao limite de fadiga.
6. Supondo que as soldas se comportem como material base
A soldagem destrói a microestrutura cuidadosamente construída do material base, mas apenas localmente na solda. No metal base as propriedades do material são determinadas pelo processamento do material. Na zona de solda o processamento do material é anulado pelo processo de soldagem.
7. Contagem de ciclo incorreta
Apenas contar os ciclos consecutivos como na figura abaixo pode levar a uma grande superestimação da vida em fadiga.
A melhor maneira de contar os ciclos é “Contagem do Rainflow”. Este método implica aproximadamente que os ciclos pequenos sejam retirados dos ciclos grandes e contados separadamente, enquanto os ciclos grandes restantes também são contados.
8. Subestimar pequenos ciclos
Ciclos pequenos (ou seja, ciclos com pequena amplitude) levam a vidas de fadiga mais longas do que ciclos grandes (ou seja, ciclos com grande amplitude). Este fato pode levar à conclusão incorreta de que pequenos ciclos podem ser negligenciados.
9. Confiando na regra do mineiro
O acúmulo de danos de acordo com a regra do Minerador ocorre usando esta equação:
Na realidade, as fraturas ocorrem em valores de dano acumulado entre 0,3 e 3 e até mesmo fora desta faixa.
10. Usando inclinação fixa da curva SN para tensões locais
Esteja sempre ciente de que uma tensão local pode ser qualquer combinação de tensão global e Kt. Diferentes Kt implicam diferentes gradientes da curva SN. Além disso, o gradiente também depende da taxa de tensão.
11. Usando dados SN para LCF
Na região LCF (Low Cycle Fatigue), a fadiga é impulsionada por deformações cíclicas. O comportamento do material naquela região é dominado pela deformação plástica, relação não linear entre deformações e tensões. Uma curva S-N descreve a fadiga na região HCF (High Cycle Fatigue), ou seja, o comportamento elástico do material e uma relação linear entre deformações e tensões.
Para HCF, às vezes é utilizada a parte elástica da curva e-N. Argumenta-se que devido ao comportamento linear elástico do material naquela região, a curva e-N é na verdade uma curva S-N. Como as deformações são deformações locais e a curva e-N é baseada em amostras sem entalhe, esta abordagem leva aos mesmos problemas descritos na seção 10.
12. Usando tensões equivalentes como Von Mises
O dano por fadiga se propaga perpendicularmente à maior faixa de tensão principal, portanto, esta faixa de tensão, e não alguma tensão equivalente, determina o comportamento da fadiga.
13. Uso de dados dispersos de testes de laboratório para aplicações de serviços reais
A fadiga sempre mostra muita dispersão. Essa dispersão é causada por (1) variabilidade nas propriedades do material, (2) variabilidade nas condições da superfície (processo/fabricação), (3) variabilidade no carregamento e (4) variabilidade no ambiente. Os dados SN obtidos em testes laboratoriais cobrem apenas as duas primeiras causas.
14. Ignorando as condições da superfície
As condições da superfície têm um grande impacto no comportamento à fadiga, mas são facilmente negligenciadas. As curvas S-N são frequentemente estabelecidas usando amostras bem fabricadas. A produção real dos seus componentes pode ser completamente diferente. Essa diferença deve ser levada em conta.