Em geral uma trinca é nucleada e propaga-se até uma dimensão critica a partir da qual o elemento se rompe ou entra em colapso estrutural, a região onde ocorre esta separação é denominada fratura. Embora a corrosão e o desgaste, podendo ser provocado por meio químico, desgaste, impacto, temperatura e/ou a combinação de duas ou mais destas causas e a fatores como carga e ciclo de trabalho exercem influência sobre o tempo de vida útil dos elementos reduzindo sua vida útil. Este estudo, porém atem-se aos aspectos de comportamento do material a partir de sua deformação e a caminho da falha37.
Os tipos básicos de falha de material que são classificados como deformação ou fratura são indicados na figura 33. Uma vez que existem várias causas diferentes, é importante a correta identificação daqueles aplicáveis a cada caso estudado, de modo que os métodos de análise apropriados podem ser escolhidos ou predizer o comportamento37. Os diversos tipos de deformação e fratura são definidas e brevemente descritas a seguir, na figura 35.
Figura 30- Tipos básicos de deformação e fratura 37
Deformações são quantificadas em termos de tensão normal e de cisalhamento em mecânica dos materiais. O efeito cumulativo das tensões ao qual o componente é submetido é o causador da deformação. Deformação excessiva, especialmente se permanente, é muitas vezes prejudicial. Deformação que aparece rapidamente após o carregamento pode ser classificado tanto
DEFORMAÇÃO FRATURA INDEPENTE DO TEMPO ELASTICO PLASTICO DEPENDENTE DO TEMPO FLUENCIA ESTATICA DUTIL FRAGIL Solicitação cíclica: ALTO CICLO BAIXO CICLO CRESCIMENTO DA TRINCA POR FADIGA
como deformação elástica e deformação elástica é aquela recuperada imediatamente após o alívio da carga aplicada37.
Para a carga axial, a constante de proporcionalidade, é o módulo de elasticidade, E. Testes de tensão são muitas vezes utilizados para avaliar a resistência e dutilidade dos materiais, teste é feito com uma barra alongada em tensão trativa até que Frature. A resistência à tração, σu, que é a maior tensão alcançada antes da fratura, é obtido junto com a tensão de escoamento, σy, e a tensão
de ruptura σf.
O último é uma medida de dutilidade e é normalmente expressa como uma percentagem, em seguida, sendo chamada a percentagem de alongamento. Deformações plásticas de grande porte podem ocasionar falha ou colapso do elemento ou estrutura em questão. Por exemplo, o colapso de uma ponte ou prédio de aço, durante um terremoto poderia ocorrer devido à deformação plástica acima do limite para o qual o material usado foi projetado. No entanto, deformação plástica pode ser relativamente pequena, mas ainda assim causar mal funcionamento de um componente37. Por exemplo, em um eixo de rotação, uma ligeira curvatura resultante rotação em desbalanço, pode causar vibração e, talvez, a falha inicial dos rolamentos que suportam o eixo. A deformação plástica não é recuperada após descarregar e, portanto, permanente.
A diferençaentre deformação elástica e plástica é que uma vez que a deformação plástica começa apenas um pequeno aumento na tensão geralmente provoca uma deformação adicional relativamente grande. Materiais capazes de sustentar grandes quantidades de deformação plástica é dito que se comportam de uma forma dutil, e aqueles que, fracturam sem muita deformação plástica se comportam de uma frágil maneira. Comportamento dutil ocorre para muitos metais, tais como aços de baixa resistência, cobre e chumbo, e para alguns materiais plásticos, tais como polietileno37. Comportamento frágil ocorre para o vidro, pedra, plástico acrílico, e de alguns metais, testes de tensão são muitas vezes utilizado para avaliara resistência e dutilidade dos materiais.
Flambagem é a deformação devido à tensão de compressão que provoca grandes mudanças no alinhamento de colunas ou placas. Qualquer deformação elástica ou plástica, ou uma combinação de ambos, podem dominar o comportamento. Flambagem é geralmente considerado em livros sobre mecânica de materiais elementares e análise estrutural.
Três variáveis devem ser consideradas em relação à possibilidade de fratura de algum componente estrutural: a tenacidade à fratura (KC) ou a tenacidade à fratura em deformação plana
(KIC), a tensão imposta (σ) e o tamanho do defeito. O efeito de um fator de concentração de tensões é
deformação plástica acontece quando a tensão máxima excede o limite de escoamento 38. Isso leva a uma distribuição mais uniforme das tensões na vizinhança do fator de concentração de tensões e ao desenvolvimento de um fator de concentração de tensões máximo, que é menor do que o valor teórico. Já a fratura frágil irá resultar quando, com a aplicação de uma tensão de tração, a resistência à tração teórica do material é excedida na extremidade de um desses defeitos. Isso leva à formação de uma trinca que então se propaga rapidamente.
Três variáveis devem ser consideradas em relação à possibilidade de fratura de algum componente estrutural, quais sejam: a tenacidade à fratura (KC) ou a tenacidade à fratura em
deformação plana (KIC), a tensão imposta (σ) e o tamanho do defeito. Existem três maneiras fundamentais, ou modos, segundo as quais a carga pode operar sobre uma trinca conforme mostra a Figura 34, e cada uma irá causar um deslocamento diferente da superfície da trinca. O modo I consiste em um carregamento em tração, deslocamento das superfícies da trinca perpendicularmente a si mesmas; o modo II cisalhamento puro, deslocamento das superfícies da trinca paralelamente a si mesmas e perpendicularmente à frente de propagação e o modo III cisalhamento fora do plano, deslocamento das superfícies da trinca paralelamente a si mesmas. O modo I de carregamento é o mais encontrado em situações praticas, enquanto que os modos II e III são mais raros38.
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