Fratura de Metais - tipos de fraturas.pdf
- 1. UNIVERSIDADE DO ESTADO DO AMAZONAS-UEA ESCOLA SUPERIOR DE TECNOLOGIA-EST Prof.ª Juciklécia Reinaldo Introdução à Mecânica da Fratura ESTEDM0009 – Fratura de Metais
- 2. MECÂNICA DA FRATURA • É um estudo sobre a lei de propagação de trincas em materiais e a sua resistência a presenças de trincas; • Presença de micro defeitos e macro trincas;
- 3. IMPORTÂNCIA DA MECÂNICA DA FRATURA NOS METAIS A mecânica da fratura se estabeleceu a partir dos materiais metálicos, tradicionais na engenharia, que sendo importantes para a construção de componentes de máquinas e elementos estruturais, apresentavam críticas e catastróficas rupturas frágeis ao longo dos anos. Estruturas de pontes antes da revolução industrial Uso de vigas de suporte em aço em 1894 Pontes modernas estaiadas
- 4. MECÂNICA DA FRATURA • Histórico de falhas catastróficas: Estruturas de pontes antes da revolução industrial Uso de vigas de suporte em aço em 1894.
- 5. MECÂNICA DA FRATURA • Histórico de falhas catastróficas: Inundação de melaço em Boston – 1919 Tanque de ferro-fundido
- 6. MECÂNICA DA FRATURA • Histórico de falhas catastróficas: 1944 Cleveland: Ruptura de um tanque de gás natural liquefeito Destroços dos tanques
- 7. MECÂNICA DA FRATURA • Histórico de falhas catastróficas: Ponte Pleasante – Virgínia – 1967 Em lugar de cabos, a ponte era suspensa por correntes ligadas por pinos. Um dos elos de corrente se rompeu por clivagem devido ao clima frio e sobrecarga, causando a ruptura de um dos pinos.
- 8. MECÂNICA DA FRATURA • Histórico de falhas catastróficas: Em navios e aviões:
- 9. Leonardo da Vinci (1452-1519) HISTÓRICO DA MECÂNICA DA FRATURA -Realizou os primeiros estudos de falha em metais, considerando a influência do comprimento de arames na resistência à fratura. Concluiu que a probabilidade de um arame metálico apresentar trincas era diretamente proporcional ao seu comprimento. -Pioneiro no desenvolvimento do processo de laminação. Newton (1642-1727) -chegou a estudar superfícies de fratura. Fonte: Observatório do Cinema; www.flickr.com -foi o primeiro a registrar experimentos de fratura de cunho científico, para estudar a VARIAÇÃO DA ORIENTAÇÃO CRISTALINA de acordo com a TAXA DE RESFRIAMENTO. Robert Boyle (1672)
- 10. Cauchy (Século XIX) -Cauchy estuda a relação entre as tensões e deformações em singularidades, desenvolvendo o conceito de concentração de tensão. HISTÓRICO DA MECÂNICA DA FRATURA Fonte: Leonardo Silva TITANIC (1912) “Desconhecimento da Mecânica da Fratura” Fonte: Marcomini. Inglis (1913) Desenvolveu o modelo de tensões para um furo circular (rebites) e percebe que se o fizer elíptico, SERÁ similar a trinca;
- 11. Griffith (1920) Usa a teoria de Inglis; Teoria da fratura para vidros; Usa a 1ª Lei da termodinâmica (Balanço de energia); “uma trinca se propagará quando a diminuição da energia de deformação elástica é pelo menos igual à energia requerida para criar a nova superfície da trinca". HISTÓRICO DA MECÂNICA DA FRATURA Fonte: Leonardo Silva Entretanto, não foi possível aplicar para os metais com novas pesquisas só em 1948.
- 12. Navios Liberty (1943) HISTÓRICO DA MECÂNICA DA FRATURA Constantine Tipper Coordenou as análises de falha para estes navios CAUSAS: uso extensivo de junções soldadas (com defeitos); Temperaturas baixas; Conteúdo de enxofre elevado; Tensões residuais (caráter trativo)
- 13. p: Expressa o trabalho plástico HISTÓRICO DA MECÂNICA DA FRATURA Irwin e Orowan (1948-1949) Modificam a teoria de Griffith para aplicar a metais, considerando escoamento plástico antes da fratura Egon Orowan George R. Irwin
- 14. Queda dos Aviões Comet (1952-1954) HISTÓRICO DA MECÂNICA DA FRATURA Nucleação de trincas de Fadiga Pressões 2x maiores que as normais.
- 15. HISTÓRICO DA MECÂNICA DA FRATURA Queda dos Aviões Comet (1952-1954)
- 16. HISTÓRICO DA MECÂNICA DA FRATURA Alan Wells (1961) Desenvolve uma abordagem à fratura baseada no CTOD (cracktip opening displacement- abertura de ponta de trinca) Materiais dúcteis Surgia então a MFEP Paul C. Paris e Erdogan (1961) Aplicam a MF à fadiga-Lei de Paris Paul Paris Frazil Erdogan Alan Wells ASTM – 1965 Criado o Comitê de Mecânica da Fratura da ASTM.
- 17. 17 CONCEITOS GERAIS MECÂNICA DA FRATURA
- 18. A Mecânica da Fratura é a área do conhecimento responsável pelo estudo dos efeitos decorrentes da existência de defeitos e trincas em materiais utilizados na fabricação de componentes e estruturas... Conhecimentos: Ciência dos Materiais, Resistência dos Materiais, Análise Estrutural, Metalurgia, ... Mecânica da Fratura Mecânica Aplicada Engenharia Ciência dos Materiais APLICAÇÕES TESTES PLASTICIDADE PROCESSO DE FRATURA FRATURA MECÂNICA DA FRATURA
- 19. A Interdisciplinaridade da Mecânica da Fratura MECÂNICA DA FRATURA Fonte: Leonardo Silva
- 20. MFEL-MFEP Campos da Mecânica da Fratura MFEL-Mecânica da Fratura Elástico-Linear MFEP-Mecânica da Fratura Elastoplástica Propriedades do Material (KIC) Propriedades do Material (CTOD, Integral J)
- 21. 1. Aproximação Convencional TENSÃO •Tensão de Escoamento •Tensão de Ruptura Não há consideração de defeito no material 2. Mecânica da Fratura TENSÃO Tamanho do Defeito Tenacidade à Fratura O defeito é considerado MECÂNICA DA FRATURA X RESISTÊNCIA DOS MATERIAIS
- 22. Mecânica da Fratura Propriedades do Material (KIC , CTOD, J) Comprimento da Trinca (a) Tensões () TRIÂNGULO DA MECÂNICA DA FRATURA