Estimativa de vida à fadiga (S-N, Basquin)

O que é fadiga?

Uma peça pode romper com tensão bem inferior ao limite de escoamento se a carga for aplicada repetidamente. Isso é fadiga, responsável pela maioria das falhas de componentes de máquinas. A resistência à fadiga é descrita pela curva S-N (Wöhler), que relaciona amplitude de tensão e número de ciclos até a falha.

Relação de Basquin

Na região de vida finita, a curva S-N se aproxima de uma reta em eixos logarítmicos. Essa reta é escrita como relação de Basquin: σ_a = σ_f' × (2N)^b. Aqui σ_a é a amplitude de tensão, N o número de ciclos, σ_f' o coeficiente de resistência à fadiga e b o expoente de resistência à fadiga. A vida é N = ½ × (σ_a / σ_f')^(1/b).

Se não conhecer os parâmetros, informe dois pontos da curva e a ferramenta ajusta S = A × N^B por eles.

Tensão média

Quando a carga não alterna simetricamente em torno de zero, existe tensão média. Uma tensão média de tração reduz a vida. A correção de Goodman transforma esse estado em amplitude equivalente completamente alternada: σ_ar = σ_a / (1 − σ_m / S_u).

Exemplo

Em curva com σ_f' = 1000 MPa e b = −0,1, uma amplitude completamente alternada de 400 MPa fornece 2N = 0,4^(−10) = 9537, então N = 4768 ciclos. Na mesma curva, amplitude de 300 MPa com tensão média de 200 MPa e resistência à tração de 800 MPa equivale a 400 MPa e tem a mesma vida.

Por que é apenas uma estimativa preliminar?

A vida é extremamente sensível à tensão: um pequeno erro na tensão altera a vida várias vezes. Entalhes, acabamento superficial, tamanho da peça, soldas, corrosão e carga variável determinam a vida real e não estão na ferramenta. Os dados de ensaio também têm grande dispersão. Use o resultado apenas como ordem de grandeza. Em componentes relevantes para a segurança, o projeto exige engenheiro habilitado e a norma correspondente.

Perguntas frequentes

Como determinar a vida à fadiga a partir de uma curva S-N?

Com coeficiente de resistência à fadiga de exemplo de 1000 MPa, expoente -0,1, amplitude de tensão de 300 MPa e tensão média nula, a vida estimada é 84.675 ciclos. Este cálculo preliminar de Basquin exclui verificações de entalhe, superfície, tamanho, corrosão, carga variável, fadiga de baixo ciclo e escoamento no primeiro ciclo. Use o resultado apenas como estimativa de ordem de grandeza.

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