Análise do comportamentos de fadiga para estruturas submetidas a temperaturas elevadas aliadas a esforços cíclicos

Devido a um mercado automotivo altamente competitivo e globalizado, as empresas buscam aperfeiçoar cada vez mais seus produtos, investindo em pesquisa e desenvolvimento em busca de produtos melhores, mais seguros e mais confiáveis. Dentro desse contexto, procurou-se aprofundar os estudos sobre fadiga e fadiga de contato, a fim de se obter um embasamento teórico sobre as possíveis causas de trincas e suas conseqüências, em componentes submetidos a esforços cíclicos e a temperaturas elevadas. Importante é salientar que as altas temperaturas resultam em transformações estruturais no ferro fundido. Posteriormente a esse embasamento teórico, realizou-se um caso de estudo (tambor de freio), buscando subsídios e informações sobre freios, tambores de freios e sobre materiais utilizados em sua fabricação. Sobre ele diversos tipos de análise foram realizados; análises de tensões, análises metalográficas em corpos de prova com e sem trinca e simulações da previsão da vida em fadiga, utilizando o modelo de Paris em programas matemáticos. Paralelos a esses estudos, foram realizados testes de eficiência em dinamômetro utilizando diferentes materiais. Foram utilizados componentes em Ferro Fundido Cinzento e em Ferro Fundido Vermicular a fim de se poder avaliar o comportamento dos materiais em aplicações em que se tem a fadiga de contato. Finalmente, são apresentados os resultados das análises e dos testes realizados, fazendose uma discussão acerca dos mesmos, sendo então apresentadas às conclusões e as sugestões para estudos futuros.

Estudo da estampabilidade de tailored blanks soldadas a laser

A união de chapas de diferentes materiais, espessuras e propriedades mecânicas formando uma geratriz para estampagem é uma estratégia que a indústria automobilística utiliza no desenvolvimento de estruturas leves. Uma delas chama-se Tailored Welded Blanks, onde duas ou mais chapas são unidas pelo processo de solda. Dentro do contexto de estruturas leves é analisado neste trabalho o comportamento mecânico de duas diferentes chapas soldadas utilizadas pela indústria automobilística, formando uma única geratriz com diferentes razões de espessuras. Para isso, foram unidos os materiais ZSTE 220 P nas espessuras 1.5 e 0.8 mm e St 05 nas espessuras de 1.5 e 1.2 mm. O processo de junção utilizado para unir os materiais de diferentes espessuras foi solda a laser. Os ensaios de fabricação utilizados para caracterizar o comportamento mecânico do material foram o ensaio de tração uniaxial e o ensaio Nakajima modificado. O ensaio de tração define as propriedades mecânicas e o ensaio Nakajima quantifica as deformações principais maiores e menores na superfície da chapa. De posse destas deformações é possível construir as Curvas Limites de Conformação (CLC) de cada material. A maneira encontrada para simular estes estados de deformações foi utilizar 8 corpos de prova de mesmo comprimento, porém variando sua largura e o raio do entalhe correspondente. O uso de corpos de prova com diferentes larguras e raio de entalhe permite obter deformações que abrangem os campos referentes ao estiramento, deformação plana e embutimento profundo.

Avaliação da vida em fadiga de ganchos

O objetivo deste trabalho foi estudar o comportamento em fadiga de um gancho reduzido do tipo empregado como conector/desconector para plataformas flutuantes de extração de petróleo. Ganchos são componentes mecânicos muito utilizados em aplicações industriais e dimensionados segundo os critérios da mecânica estática. A sua utilização em estruturas offshore é recente e requer a avaliação de seu desempenho em fadiga. A influência de tensões residuais compressivas na seção mais solicitada do gancho foi avaliada nos ensaios. Estas tensões foram geradas por um teste de carga que implica em um esforço de tração que ultrapassa o limite elástico do material. A região da superfície do gancho que sofreu deformação plástica fica comprimida pelo restante do material do gancho carregado no regime elástico que tenta retornar. O mesmo efeito é observado na autofretagem de tubos ou shot peening de componentes aeronáuticos. Foram utilizados ganchos DIN 0.12, que apresentam dimensões reduzidas, para a caracterização mecânica através de ensaios de fadiga e a determinação da curva de Wöhler. Esses ensaios envolveram a comparação entre os ganchos que sofreram a carga de pré-teste (com tensões residuais) e os que não sofreram. Também foi avaliada a influência de defeitos de fundição na vida em fadiga dos ganchos. Os ganchos foram caracterizados metalurgicamente através de análise microestrutural e tamanho de grão ASTM utilizando-se Microscopia Óptica e Eletrônica de Varredura. Foram efetuadas medições de tensões residuais através do Método do Furo em ganchos instrumentados com extensômetros resistivos elétricos. As tensões residuais compressivas induzidas pelo teste de carga tiveram grande influência nos testes de fadiga, aumentando a performance dos ganchos e assegurando sua integridade estrutural.

Estudo da susceptibilidade à corrosão sob tensão e à corrosão : fadiga do aço API X65 aspergido termicamente utilizado em componentes offshore

Aços de alta resistência mecânica, aspergidos termicamente, são os materiais mais adequados para garantir o bom desempenho de certos componentes de plataformas offshore, expostos a situações severas de carregamento em água do mar. A literatura apresenta vários estudos relativos ao efeito combinado entre esforços mecânicos e o meio agressivo, em aços de alta resistência, entretanto, poucos avaliam o desempenho desses aços aspergidos metalicamente. A susceptibilidade à corrosão sob tensão e à corrosão-fadiga, de um aço de alta resistência mecânica aspergido termicamente, empregado em componentes de plataformas offshore, foi avaliada mediante as técnicas de ensaio de tração com baixa taxa de deformação, ensaio de fadiga por flexão em três pontos e metalografia da fratura. Os ensaios foram realizados em água do mar sintética ao potencial de corrosão e à um potencial catódico, utilizando-se amostras de aço revestidas termicamente com zinco e alumínio pelo processo de aspersão com plasma spray. O comportamento de amostras ensaiadas ao ar foi usado como parâmetro para avaliação do desempenho do aço em água do mar. Os resultados obtidos indicam que o aço revestido é susceptível à corrosão sob tensão e à corrosão fadiga em água do mar, sendo que o mecanismo de fragilização envolve a ruptura prematura dos revestimentos e a participação do hidrogênio.

Projeto, construção e teste de equipamento para ensaios de fadiga de risers flexíveis

Apesar da vida em fadiga de risers flexíveis ser de grande importância na explotação “off-shore”, os dados disponíveis são bastante restritos. A interação entre as suas várias camadas, as inúmeras combinações realizadas entre elas para se obter diferentes características e os recentes avanços em termos de materiais, nos obrigam a estudá-los constantemente. Este trabalho tinha como objetivo principal a construção de um equipamento para possibilitar o estudo da vida em fadiga de risers, através de movimentos de tração combinada com flexão, referentes ao teste “a” da classe II da norma API 17B, bem como todos os outros testes da classe I da referida norma. Foram projetadas a estrutura e todos os demais componentes, que posteriormente foram redimensionados pelos resultados obtidos em simulações numéricas (elementos finitos). Posteriormente, de posse de todos os componentes, realizou-se a montagem do equipamento, seguida de um teste final, que foi acompanhado por uma análise extensométrica dos principais pontos da estrutura. A conclusão básica deste trabalho foi obtida através da comparação das análises por elementos finitos e extensométrica, onde foi constatado que o equipamento estava apto a entrar em operação para a realização de ensaios estáticos ou dinâmicos, observando-se apenas algumas restrições comentadas.

Estudo do efeito da remoção de graxa nas propriedades das juntas homocinéticas de poliéter-éster

Nesta dissertação, foi estudado o processo de remoção de graxa lubrificante, que estava untada em mangas das juntas homocinéticas de poliéteréster (Hytrel e Arnitel) com solventes. A proposta seria remover esta graxa com solventes e reutilizar as mangas novamente nas juntas homocinéticas, para diminuir o impacto ambiental. Para a limpeza das mangas, os solventes deveriam atender às exigências de máxima capacidade de remoção da graxa, mínima agressão às mangas e compatibilidade com as normas ambientais vigentes. Inicialmente, para a caracterização dos polímeros foram utilizadas as técnicas de análise térmica (TGA, DSC e DMA), e espectroscopia no infravermelho (IR); para os solventes foi utilizada a cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massa (CG/MSD), e para as graxas, o IR. A partir dos ensaios de inchamento dos solventes nos polímeros foram selecionados os três solventes (Solbrax-Eco 145/210, Siderclean 53 e Renotest LM) nos quais as graxas apresentavam maior solubilidade. Numa segunda etapa, estudaram-se as condições nas quais os solventes alterariam as propriedades dos polímeros através dos ensaios térmicos (TGA, DSC e DMA) e mecânicos (ensaio de tração e dureza). A partir do DSC obteve-se a Tm, Tc e o percentual de cristalinidade dos polímeros puros e dos polímeros imersos nos três solventes. Através do DMA, obteve-se o módulo de armazenamento (E’), módulo de perda (E”) e a tangente de perda (tan d) dos polímeros puros e dos polímeros imersos nos solventes (2, 5 e 9 dias). Baseado nos ensaios de tração dos polímeros puros e imersos nos solventes, estudou-se a tensão e o alongamento na ruptura, o módulo de elasticidade, e a força máxima até a ruptura. Concluiu-se, a partir dos ensaios térmicos, que os solventes atuam como plastificantes nos polímeros, alterando fortemente o seu comportamento térmico, dinâmico-mecânica e mecânico. À medida que o tempo de imersão dos polímeros nos solventes aumenta, uma maior quantidade de solvente é incorporada nos polímeros e a região da temperatura de transição vítrea e a tan d das amostras deslocam-se progressivamente para temperaturas mais baixas. Foi igualmente observada uma diminuição do módulo de elasticidade dos polímeros após a imersão nos solventes.

O método da extensão virtual da trinca na fadiga por contato do tipo "spalling"

O estudo dos mecanismos de fadiga por contato tem grande relevância para o estudo dos componentes mecânicos que estão sujeitos ao desgaste. O desgaste é um tipo de falha que ocorre na maioria dos componentes que trabalham em contato. Atualmente para prever o desgaste são utilizados métodos experimentais que permitem ajustar curvas semi-empíricas, ou seja, o resultado depende de vários testes que além de caros são demorados. Com o aumento da competitividade na indústria, o tempo se tornou artigo de luxo e com isso o aprimoramento dos modelos de cálculo e das simulações numéricas são muito bem justificados. O estudo aprofundado do mecanismo de fratura por contato sem dúvida pode dar subsídios para um melhor projeto do componente mecânico e assim conseguir predizer com maior precisão quando a falha por desgaste ocorrerá e assim evitar falhas catastróficas e paradas de máquinas não programadas gerando grandes prejuízos e também risco de vidas humanas Este estudo apresenta um modelo numérico utilizando o método dos elementos finitos computacional para a simulação do spalling em componentes mecânicos sujeitos à fadiga de contato. O modelo foi simplificado para duas dimensões e foi considerado estado plano de deformações. Este estudo apresenta uma aproximação na aplicação dos conceitos da Mecânica da Fratura para estimar a vida de componentes mecânicos. O resultado do modelo numérico é confrontado qualitativamente com resultados práticos. A geometria dos pits assim como as relações entre o Fator de intensidade de tensões e o tamanho da trinca é apresentado.

Avaliação da vida em fadiga de uniões parafusadas : estudo de caso

Parafusos utilizados para fixação de partes submetidos a carregamentos cíclicos, inerentemente estão sujeitos à falhas por fadiga. O presente trabalho está apoiado no estudo do conjunto carcaça/corrediça de um compressor fixado por parafusos prisioneiros - ISO M24x3. Os prisioneiros que fixam o flange da corrediça falham prematuramente por fadiga. Assim, este trabalho tem como objetivos desenvolver uma metodologia para otimizar o desempenho em fadiga do conjunto parafusado. Numa primeira fase foram realizados ensaios em parafusos de mesmas dimensões, porém de classes e processos de fabricação diferentes, para poder-se avaliar o melhor processo de fabricação no desempenho em fadiga. Observou-se que o processo de laminação da rosca seguido de tratamento térmico é o mais adequado para o caso em estudo. Em uma etapa seguinte, instrumentaram-se os prisioneiros utilizando strain gauges com os componentes em condições de serviço, para avaliar a deformação dos parafusos desde a aplicação do torque de aperto durante a montagem e acionamento do compressor até a operação em sua carga máxima. Observou-se que, apesar dos parafusos estarem submetidos à cargas dentro do regime de segurança, apresentam dispersão da pré-carga e baixa protensão de aperto. Posteriormente, foram realizados outros ensaios em laboratório com dispositivos projetados especialmente para reconstruir o flange do compressor em estudo. O dispositivo procurou traçar as características dimensionais e materiais semelhantes do conjunto carcaça/corrediça. Tem-se como conclusão principal deste trabalho, que na configuração atual de união do flange com a carcaça, resulta num baixo índice de aperto que é verificado através das cargas máximas que são transferidas diretamente ao parafuso. Por fim, verificou-se que aumentando o comprimento do parafuso através da inserção de uma bucha extensora, aumenta a vida em fadiga dos componentes de união.

Democracia e eficiência andam juntas

Pesquisa em foco: Democracia e eficiência: a difícil relação entre política e economia no debate contemporâneo - 2012. Pesquisadores: Professores Maria Rita Loureiro e Fernando Luiz Abrucio

Efeitos da laserterapia de baixa potência sobre a fadiga do músculo quadríceps de indivíduos jovens

The objective of this study was to evaluate the effect of low laser power on the performance of anaerobic endurance of the quadriceps muscle in young subjects. Low-level laser therapy (LLLT) appears to decrease some indices of muscle fatigue. Most of these effects may be due to the influence of the laser on the muscles predominantly aerobic. Animal studies and clinical trials have already shown that the laser can improve the efficiency of mitochondrial metabolism for the resynthesis of adenosine triphosphate and thus slow down - or minimize, the deleterious effects of muscle fatigue. This research was characterized as an experimental study of the controlled clinical trial, randomized, blinded, attended by 93 volunteers, military, with ages between 18 and 19 years. The subjects were randomly allocated into three groups: Control (G1), Placebo (G2) and Laser (G3). All volunteers underwent an anthropometric assessment and a protocol Fatigue. This protocol was applied to an initial assessment (AV-1) for the collection of baseline data, and a final evaluation (AV-2). As the study variables, we used the blood lactate concentrations and indices of muscle power, as average power and peak velocity. The fatigue protocol consisted of a test of speed with twenty repetitions, performed on an exercise machine leg press 45º . In conclusion, it was found that, in this study, LLLT caused a significant increase in the Average of the Averages Powers, phase eccentric exercise in leg press 45º performed by young individuals

Análise da fadiga muscular localizada em atletas e sedentários através de parâmetros de freqüência do sinal eletromiográfico

Embora a análise no domínio da freqüência do sinal eletromiográfico (EMG) seja empregada na caracterização do processo de fadiga muscular localizada, sua aplicação, especificamente a da freqüência mediana (Fmed), é pouco explorada no âmbito esportivo. O objetivo do presente estudo foi verificar a viabilidade da aplicação do sinal EMG, através de sua análise no domínio da freqüência, como parâmetro para determinação e diferenciação no comportamento da fadiga muscular localizada. Dois grupos de sujeitos, um caracterizado como atletas (n =12) e outro como sedentários (n =12), foram submetidos a análises baseadas em procedimentos executados em três diferentes situações experimentais, todos envolvendo a modalidade de exercício isométrico: i) teste máximo para determinação da contração isométrica voluntária máxima (CIVM); ii) teste de fadiga, sustentado por 35 seg. a 80% da CIVM; iii) teste de recuperação, sustentado por 10 seg. a 80% da CIVM; neste ultimo foi monitorado o comportamento da Fmed nos três primeiros (Fmedi) e três últimos segundos (Fmedf) do sinal EMG no músculo tibial anterior durante o teste de fadiga. Durante os 10 segundos do teste de recuperação foi calculada a Fmed referente a todo o período (Fmedr). parâmetro utilizado no cálculo do índice de recuperação muscular (IRM). Os resultados apontam que a Fmedf apresentou valor menor em relação à Fmedi em ambos os grupos (p < 0,05). Quando comparado com o grupo de sedentários, o grupo de atletas apresentou valores maiores de Fmedi e Fmedf (p < 0,05). O valor médio e desvio-padrão do IRM para o grupo de atletas foram de 62,1% ± 28,7 e, para o grupo de sedentários, de 55,2% ± 27,8 (p > 0,05). Dessa forma, os resultados apresentados neste estudo permitem inferir a viabilidade na aplicação de parâmetros no domínio da freqüência do sinal EMG para a determinação e diferenciação do comportamento da fadiga muscular localizada.

Análise da reprodutibilidade de parâmetros no domínio da frequência do sinal EMG utilizados na caracterização da fadiga muscular localizada

The aim of this study was to analyze the reproducibility of the electromyography signal's parameters (EMG) in the frequency domain used in the characterization of localized muscle fatigue. Fifteen male subjects underwent a fatigue test based on isometric knee extension, being held at three different times at intervals of seven days. To assess the reproducibility of data between the tests we calculated the correlation coefficient (ICC) for the median frequency (MF) in total exercise time (MFT), MF obtained for every 10% of exercise time (MF10%) and the powers of the frequency bands obtained by dividing the power spectrum at windows of 20 Hz. The results showed: (1) excellent reproducibility for MFT, (2) good reproducibility for MF10%, and (3) greater variation in the signal EMG bands from 20 to 120 Hz, especially at the bands of 20-40 Hz and 40-60 Hz, which showed greater sensitivity to the process of muscle fatigue. We conclude that the MF is a variable that shows good reproducibility and that the fragmented analysis of the power spectrum, by means of frequency bands, showed that significant variations occur in the EMG signal during the installation of the fatigue process, having potential to become a new method for the characterization of localized muscle fatigue.

Influência da fadiga no comportamento neuromuscular do quadríceps femoral, após reconstrução do ligamento cruzado anterior

Muscle fatigue is a phenomenon that promotes physiological and biomechanical disorders and their changes in healthy subjects have been widely studied and have significant importance for care in preventing injuries, but we do not have many information about its effects in patients after ACL reconstruction. Thus, this study is to analyze the effects of fatigue on neuromuscular behavior of quadriceps after ACL reconstruction. To reach this objective, participants were forty men, twenty healthy (26,90 ± 6,29 years) and twenty after ACL reconstruction (29,75 ± 7,01 years) with a graft of semitendinosus and gracilis tendons, between four to six months after surgery. At first, there was an assessment of joint position sense (JPS) at the isokinetic dynamometer at a speed of 5°/s and target angle of 45° to analyze the absolute error of JPS. Next, we applied the a muscle fatigue protocol, running 100 repetitions of isokinetic knee flexion-extension at 90°/s. Concurrently with this protocol, there was the assessment of muscle performance, as the peak torque (PT) and fatigue index, and electromyographic activity (RMS and median frequency). Finally, we repeated the assessment of JPS. The statistical analysis showed that patients after ACL reconstruction have, even under normal conditions, the amended JPS compared with healthy subjects and that after fatigue, both have disturbances in the JPS, but this alteration is significantly exacerbated in patients after ACL reconstruction. About muscle performance, we could notice that these patients have a lower PT, although there are no differences between the dynamometric and EMG fatigue index. These findings show the necessity about the cares of pacients with ACL reconstruction in respect of the risks of articulate instability and overload in ligamentar graft

Efeito do tempo de repouso após fadiga induzida no desempenho neuromuscular do quadríceps femoral: ensaio clínico, controlado, randomizado, cego

Objective: To evaluate the effect of different resting periods, after induced muscle fatigue, in the quadriceps femoris neuromuscular performance, in healthy subjects. Methods: Sixty-four volunteers, of both genders, with an average of 21,8 ± 1,7 years and mean body mass index of 24,2 ± 3,7 Kg/m2 were randomly assigned into 4 groups: control group (was not induced fatigue); Experimental Group 1 (Exp. 1 1 minute of rest after fatigue); Experimental Group 3 (Exp. 3 3 minutes of rest after fatigue) and Experimental Group 5 (Exp. 5 5 minutes of rest after fatigue). The subjects were evaluated to the knee´s joint position sense (JPS), followed by 5 flexion-extension knee concentric isokinetic contractions at 60°/s, with concomitant recording of median frequency (Fmed) of rectus femoris (RF), vastus lateralis (VL) and vastus medialis (VM). Then they underwent a muscle fatigue protocol (30 flexion-extension knee concentric contractions at 60°/s) and were reevaluated on the isokinetic performance, Fmed and JPS. Blood lactate levels were measured before initial assessment, immediately after the fatigue protocol and 5 minutes after the end of the rest period. Results: The adoption of 3 minutes of rest was sufficient to restore the initial conditions for the peak torque normalized by body weight and the VL and VM Fmed. The joint position sense returned to its initial values with 1 minute rest. The lactate concentration remained high regardless of the adopted rest period. Conclusion: The use of 3-minute rest period is sufficient for the reestablishment of the neuromuscular parameters to the pre fatigue values.

Efeitos imediatos da laserterapia sobre o desempenho neuromuscular após fadiga muscular induzida: ensaio clínico controlado, randomizado e cego

The aim of this study was to investigate the immediate effects of laser therapy on neuromuscular performance in healthy subjects after a muscle fatigue. This is a clinical trial, controlled, randomized, blinded, attended by 80 volunteers of both genders, healthy, with ages between 18 to 28 years. Initially the volunteers performed an initial evaluation (EV1) using electromyography in the biceps muscle, associated with assessment in isokinetic dynamometry with 5 concentric contractions (60 °/s) for elbow flexion. The subjects were randomly allocated into 4 groups: G1 (control, n = 20), G2 (placebo, n = 20), G3 (pre-fatigue laser, n = 20), and G4 (post fatigue laser, n = 20). The muscular fatigue protocol had 30 concentric isokinetic contractions (120 °/s). We used a 808 nm laser, power of 100 mW, applied at the belly of the biceps muscle. After the speeches the volunteers performed a final evaluation (EV2). Test was applied to two-way ANOVA with post hoc Turkey, with a significance level of 5%. There was no significant difference in electromyographic evaluation. In dynamometric evaluation showed a drop in peak torque, peak torque normalized to body weight (p <0.001) and average power (p <0, 05) between the initial and final evaluations in control. Among the groups there was a significant difference between the control and the other groups in relation to peak torque (p <0.05), peak torque to body weight (p <0.001) and average power (p <0.05). Therefore, the low intensity laser therapy does not alter the immediate neuromuscular performance after fatigue