Fadiga Mecânica: o que é e como evitar?

Fadiga Mecânica: o que é e como evitar?

A fadiga mecânica é o fenômeno de ruptura gradual e progressivo causado pelo efeito cumulativo de um grande número de carregamentos, ou seja, um desgaste que ocorre em uma peça submetida a carregamentos ao longo de sua vida útil.

Isso ocorre devido a pequenas imperfeições no material, geralmente provenientes do processo de fabricação utilizado para manufaturar o produto: bolhas de ar, descontinuidade granular e micro trincas são locais de acúmulo de altas tensões quando a peça é submetida a algum carregamento.

A fadiga já foi responsável por alguns acidentes notórios como, por exemplo, o voo Aloha Airlines 243¹, que perdeu uma parte de sua fuselagem em pleno voo devido à fadiga de um componente de reforço.

O principal problema da fadiga mecânica é a dificuldade em se notar esse tipo de falha: ela começa pequena, com micro trincas no interior das peças, sendo observável apenas com testes avançados e, às vezes, destrutivos. Mesmo assim, muitas vezes essa falha passa despercebida e somente é nota após um evento catastrófico.

Por conta disso, fazer os cálculos de fadiga para averiguar que seu componente não falhará ao longo de sua vida útil é extremamente importante. Afinal, a integridade da sua marca/empresa está diretamente atrelada à confiabilidade do seu produto.

Como fazer cálculos de fadiga?

Buscando auxílio na literatura de Resistência dos Materiais, encontramos as duas principais filosofias de cálculo de fadiga: o método S-N e o método e-N. O que são essas siglas?

O método S-N utiliza a curva de tensões em função do número de ciclos para o dimensionamento de um componente que suporte os carregamentos que ele sofrerá ao longo de sua vida útil.

Exemplo: O material utilizado para um eixo é o Alumínio 2024 e o engenheiro sabe que o eixo deverá durar por pelo menos 10^7 ciclos. Olhando pelo gráfico S-N abaixo², o engenheiro sabe que o carregamento máximo do componente não poderá ultrapassar os 22 ksi (151,68 MPa)

O método e-N, por outro lado, utiliza as deformações em função do número de ciclos. A aplicação é idêntica ao método S-N, mas com uma diferença: no número final de ciclos (mais à direita no gráfico), existe a aparição de trincas de tamanho tecnicamente observável, enquanto na curva S-N esse ponto significa a ruptura do corpo de prova.

Cálculo de fadiga com ajuda da simulação computacional

A simulação computacional de fadiga entra como a principal aliada da confiabilidade do seu produto, facilitando a identificação de pontos de falha antes da fabricação do primeiro protótipo. Com isso, mudanças podem ser propostas e efetuadas para corrigir essas falhas críticas e já chegar na etapa de fabricação com um produto que tenha confiabilidade e durabilidade certificada por uma simulação de fadiga.

A utilização de softwares como o FEMFAT ajuda você no processo de análise computacional de fadiga. Sendo um dos softwares líderes na área, com ele é fácil e intuitivo analisar e compreender as mecânicas do seu produto e possíveis locais de falha. É possível também fazer a análise de fadiga de solda, característica importante para a indústria mecânica, garantindo que as conexões feitas em seu produto não falharão ao longo de sua vida útil.

Conclusão

Dimensionar seu produto a fim de garantir a sua integridade estrutural ao longo de toda sua vida útil é extremamente importante e necessário e, para facilitar esse processo, utiliza-se a simulação computacional de fadiga. A análise computacional ajuda você a ter uma melhor compreensão dos pontos críticos de seu produto ainda nas fases do desenvolvimento, reduzindo a necessidade de protótipos e o time-to-market

1 – https://en.wikipedia.org/wiki/Aloha_Airlines_Flight_243

2 – Beer, F. Resistência dos Materiais

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