Projeto de aparato experimental e avaliação da resistência à fadiga sob condições de fretting

Abstract

O presente trabalho apresenta uma metodologia para avaliação de resistência a fadiga sob condições de fretting, a qual foi validada para resultados experimentais disponíveis na literatura. A metodologia consiste na aplicação do Método da Distância Crítica, segundo a abordagem do Método da Linha, associado ao modelo de fadiga multiaxial de Susmel & Lazzarin (Método da Curva de Wöhler Modificada). Os resultados obtidos a partir do Método da Linha foram comparados com os resultados obtidos pelo Método do Ponto, mostrando que o Método da Linha é menos conservativo que o Método do Ponto. O Método da Linha previu corretamente a resistência a fadiga para 26 dos 29 testes experimentais, contra 23 de 29, para o Método do Ponto. Também foi comparada a sensibilidade de ambos os métodos a um aumento ou uma redução de 10\% no valor do parâmetro material que determina a distância crítica de aplicação do critério de fadiga multiaxial. Os resultados mostraram que o Método da Linha é menos sensível que o Método do Ponto à variação desse parâmetro para fortes gradientes de tensão. A segunda parte desse trabalho consiste na concepção, projeto, e comissionamento de um aparato experimental para realização de teste de fadiga sob condições de fretting. O Dispositivo de Fretting é concebido para ser acoplado a uma máquina de ensaios universal MTS e funcionar como um elemento mola que reage à deformação do corpo de prova, induzida pela carga remota aplicada pela MTS, gerando a carga cisalhante. Estão incluídos detalhes como: princípio de funcionamento, calibração da instrumentação, medição de rigidez do dispositivo, alinhamento das sapatas usando-se filme sensível à pressão e medição do coeficiente de atrito na zona de escorregamento. Para finalizar o trabalho foi realizada uma série de testes de fadiga sob condições de fretting na liga Al 7050-T7451 onde foi mantida constante a pressão de pico, a amplitude de tensão remota e a relação Q/P, e variou-se apenas a componente média da tensão remota . Os testes mostrara que mesmo sob a ação de uma tensão remota muito inferior ao limite de fadiga convencional do material ocorria a ruptura do espécime, ou seja, fretting provoca uma redução substancial no limite de fadiga do material. Apenas nos dois últimos testes, em que o campo de tensão remoto era puramente compressivo, os corpos de prova não falharam, mesmo assim ainda foi possível constatar a presença de trincas não propagadas dentro da zona de escorregamento. Tais trincas mostram o forte papel do fretting no processo de iniciação de trincas prematuramente. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT

The aim of this work is to propose a methodology to estimate the fatigue strength limit under fretting conditions which was validated for experimental results taken from the literature. This methodology is founded on the use of the Theory of Critical Distance (Line Method) associated with the multiaxial fatigue model proposed by Susmel & Lazzarin (Modi_ed Wöhler Curve Metho d). The results provided by the Line Metho d and the Point Method were compared showing that the Line Method was less conservative than the Point Method. The Line Method has correctly evaluated, rightly, the fatigue strength for 26 of 29 experimental tests, against 23 of 29 for the Point Method. Both methods were also compared concerning their sensibility to an increase or decrease of 10% on the value of the material parameter that determine the critical distance which was used to apply the multiaxial fatigue model. The results have shown that the Line Method is less sensitive than the Point Metho d to this parameter for high stress gradients. It is also shown in this work the conception, design, and verifying tests of an Experimental Apparatus for conduct experimental tests of fatigue under fretting conditions. The Apparatus was conceived to be assembled in a universal tests machine MTS e work as a spring reacting to specimen deformation, caused by bulk load applied by MTS, pro ducing the shear load. It is included details as: working principle, instrumental calibration, measuring of the sti_ness of the Apparatus, alignment of fretting pads using pressure sensitive _lm and evaluation of the friction coe_cient in the slip zone. In order to _nish this work it was conducted a series of fretting fatigue tests on a 7050 7451 alloy where were kept constant the peak pressure, the bulk stress amplitude and the ratio , and it was changed the mean bulk stress. The tests have shown that even experiencing a bulk stress much lower than the material plain fatigue strength the specimen failure still takes place, in other words, the fretting causes a substantial decrease in the fatigue limit of the material. Only the two last tests, which the bulk stress _eld was purely compressive, the specimens did not failure, even so it was veri_ed nonpropagated cracks on the slip zone. Such cracks show the strong in_uence of the fretting phenomena in speeding up the crack nucleation.