As propriedades de fadiga dos materiais são normalmente expressas através de ciclos de tensão uniaxiais, conhecidos como curvas SN. É importante notar que a teoria da fadiga baseada na mecânica da fratura não está sendo considerada neste contexto.
A variação da tensão ao longo do tempo geralmente segue um padrão regular, como onda senoidal, onda quadrada ou pulso. No entanto, a influência da tensão média no desempenho à fadiga é frequentemente desconsiderada (ou seja, o impacto de r=Smin/Smáx. ≠ -1).
Na realidade, o estado de tensão é geralmente multiaxial, com variação irregular de tensão e r≠-1. A correspondência entre a tensão real e o desempenho em fadiga medido em laboratório, que envolve variação regular de tensão, tensão uniaxial e r = 1, constitui a base para a análise de fadiga.
1. Tratamento da influência média do estresse
Quando existem curvas SN disponíveis para diferentes valores de r, o método de interpolação é normalmente empregado para determinar a curva SN para valores de r desconhecidos.
Nos casos em que apenas uma curva SN com r=-1 está disponível, a seguinte fórmula pode ser utilizada para calcular a tensão equivalente. Esta fórmula converte a tensão uniaxial de r≠-1 na tensão uniaxial quando r=-1, que é conhecida como tensão equivalente:
Onde está aa é a meia amplitude da tensão, Se é a tensão equivalente desejada, Seu é a tensão média e diferentes valores de Svocê e n constituem diferentes teorias:
- Tensão de escoamento de Soderberg (sy) 1
- Tensão de tração final de Goodman (su) 1
- Tensão de tração final de Gerber (su) 2
- Morrow verdadeira tensão de fratura (sf) 1
2. Conversão de tensão multiaxial em tensão uniaxial
As seguintes opções de tensão estão disponíveis para determinar o tipo de tensão usada para a transformação: tensão equivalente de Von Mises, tensão de cisalhamento máxima, tensão principal máxima ou um componente de tensão específico (como Sx, Syz, etc.).
Às vezes, a tensão de Mises com sinal também é empregada, com sua magnitude permanecendo inalterada. O sinal corresponde ao sinal da tensão principal máxima. Uma vantagem deste método é que permite considerar os efeitos de tensão ou compressão, que se refletem na tensão média ou r.
Semelhante à teoria da resistência, a tensão equivalente de Von Mises e a conversão máxima da tensão de cisalhamento são adequadas para materiais com alta ductilidade, enquanto a conversão máxima da tensão principal é apropriada para materiais frágeis.
3. Tratamento do estresse irregular
A curva de tempo de tensão uniaxial equivalente de alta e baixa irregular é analisada para extrair uma série de ciclos de tensão simples (SaSeu) e seus tempos correspondentes.
A contagem e as estatísticas podem ser obtidas usando vários métodos, incluindo o método dependente do caminho e o método independente do caminho.
O método de correlação de trajetória, que é o método de contagem de fluxo de chuva mais utilizado, é aplicado para completar o processo de contagem. Seu algoritmo e princípio são explicados em “Downing, S., Society, D. (1982) Algoritmos simplificados de contagem de fluxo de chuva. Int J Fadiga, 4, 31 – 40”.
Após o tratamento do fluxo de chuva, a curva irregular do tempo de tensão é transformada em uma série de ciclos simples (SaSeue neuonde ni é o número de ciclos).
Este método permite a aplicação da teoria de acumulação de danos (critério Miner) para calcular e analisar: Soma (neu/Neu), onde Ni é a vida correspondente ao ciclo de tensão (considerando SaSeuVeja acima).
Esta técnica é comumente usada para medir o fator de segurança após um certo número de ciclos ou a vida correspondente de um ciclo de tensão complexo específico.
Atualmente, o software comercial de análise de fadiga baseia-se principalmente no processo acima mencionado.
No entanto, deve-se notar que a análise de fadiga é uma análise empírica e não existe atualmente uma teoria madura e completa.
Existem diversas perspectivas em relação à conversão de tensão multiaxial em tensão uniaxial.
A tensão de Von Mises, por exemplo, é uma quantidade de dimensão de tensão baseada na ideia da energia específica da mudança de forma.
Usar os conceitos de positivo e negativo ou tensão e compressão é um método impreciso e não recomendado.
A seleção do tipo de tensão a adotar depende da possível tendência de trincas em materiais ou estruturas para determinar qual tipo de tensão é o principal fator que controla a falha por fadiga.
A prática de engenharia tem mostrado que o aço com boa plasticidade é frequentemente danificado devido ao carregamento dinâmico repetido da tensão principal em casos de falha por fadiga.
Suplemento para o Tratamento do Efeito Médio do Estresse:
“Se houver curvas SN sob diferentes valores de R, o método de interpolação é geralmente usado para determinar a curva SN sob valores de R desconhecidos.”
Este é apenas um método, que é útil quando há múltiplas tensões a serem verificadas. No entanto, este método pode ser complicado ao verificar apenas uma vida de tensão.
Outro método é determinar a meia amplitude da tensão equivalente sob a condição de R = -1 e, em seguida, aplicar a curva SN diretamente.
Quando existe uma tensão média, a curva SN não pode ser usada diretamente. Em vez disso, use a CURVA GOODMAN ou a CURVA GOODMAN modificada.
