Title

CARACTERIZAÇÃO DE RESISTÊNCIA À FADIGA DE AÇO SAE 1008 E ALUMÍNIO 1200 H14 UTILIZANDO FLEXÃO ALTERNADA COM CORPOS DE PROVA NORMALIZADOS E PROPOSTOS*

FATIGUE STRENGTH ASSESSMENT OF A SAE 1008 STEEL AND A 1200 H14 ALUMINUM BY ALTERNATING BENDING FATIGUE TESTS USING STANDARDIZED AND PROPOSED SAMPLES

Authorship

Donato, Gustavo Henrique Bolognesi; Moço, Rodrygo Figueiredo

Donato, Gustavo Henrique Bolognesi

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Moço, Rodrygo Figueiredo

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DOI

10.5151/1516-392X-27922

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Abstract

Frente ao crescente número de falhas por fadiga, o projeto considerando cargas cíclicas passou a ser uma fase natural da concepção e otimização de componentes, em especial de setores de responsabilidade, como aeronáutico, automobilístico e de óleo e gás. Em geral, as avaliações se baseiam em resultados de ensaios uniaxiais que empregam máquinas universais servo-controladas de tração-compressão ou tração-tração. Entretanto, embora precisos, tais equipamentos custam centenas de milhares de dólares, apresentam elevado custo operacional e de manutenção e exigem expressivo tempo para a realização dos ensaios. Como alternativas simples e baratas existem as máquinas do tipo flexão alternada (biela-manivela), as quais podem apresentar curvas de vida à fadiga comparáveis ao caso uniaxial se os campos de deformações e tensões nas amostras forem bem conhecidos. Dessa forma, buscando avançar nesse tópico e fazendo uso de refinados modelos não lineares de elementos finitos, este artigo apresenta uma metodologia de ensaios de flexão alternada controlada por deformação (curvas ε-N), assim como uma análise crítica dos resultados experimentais. Foram ensaiados um aço SAE 1008 e um alumínio 1200 H14 e, além da geometria recomendada pela ASTM B593, uma nova geometria é proposta para menor dispersão dos resultados experimentais. A metodologia desenvolvida obteve sucesso na condução dos ensaios e a geometria proposta reduziu a dispersão dos resultados para o aço SAE 1008 que apresenta elevado encruamento. As curvas ε-N obtidas, além de diretamente úteis para projetos mecânicos, apoiarão comparações futuras com resultados de fadiga uniaxial dos mesmos materiais.

As a response to the growing number of fatigue failures, the assessment of cyclic loading has become a natural phase of the design and optimization of high responsibility components, such as those from oil and gas, aeronautical and automotive areas. These assessments are generally based on uniaxial testing, which employ tension-compression or tension-tension servo-controlled universal machines. However, while accurate, such machines are costly and time-consuming for conducting each test. The alternating bending fatigue machine is a simple and less expensive solution, which can lead to fatigue curves comparable to the uniaxial ones, once the stress and strain fields at the sample are well known. Thus, as a step forward to better understand this subject, this paper develop very refined nonlinear finite element models for selected samples’ geometries and presents the methodology and respective results for strain controlled alternating bending fatigue tests (ε-N curves). Two materials were tested (SAE 1008 steel and 1200 H14 aluminum), and besides the geometry recommended by the ASTM B593, a new geometry was proposed for reducing scatter of experimental results. The tests could be well conducted using the developed methodology and the proposed geometry presents less scatter for the SAE 1008 steel, which presents high hardening exponent. The obtained ε-N curves are not only useful for mechanical design, but will also support future comparisons with uniaxial fatigue results of the same materials.

Keywords

Ensaio de fadiga, Flexão alternada, Aço SAE 1008, Alumínio série 1000

Fatigue test, Alternating bending, SAE 1008 steel, 1000 series aluminum