M3.7Juntas Solicitadas Dinamicamente

7/23/2019 M3.7Juntas Solicitadas Dinamicamente

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Módulo: 3.7. – Cálculo de Estruturas Soldadas a SolicitaçõesDinâmicas

Formador: A. Chaves e Sousa

Pós Graduação em Engenharia da Soldadura2009/2010



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• Tipos de cargas dinâmicas• Interpretar as curvas S-N

• Lei Palmgreen-Miner• Efeitos de descontinuidade nas juntas• Técnicas para aumentar a resistência das juntas soldadas

Objectivos Pedagógicos



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Temas a discutir

• Tipo de solicitações• Conceitos relacionados com a fadiga• Classificação das Juntas Soldadas

• Fadiga Oligocíclica• Resistência à fadiga de Ligações soldadas• Técnicas para melhorar a resistência à Fadiga das juntas

soldadas



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Juntas Solicitadas Dinamicamente



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Introdução

• As estruturas estão sujeitas muitas vezes a cargas

estáticas ( constante e gradualmente aplicada) e cargasdinâmicas. As cargas dinâmicas, sendo muitas vezesvariáveis num tempo mais ou menos curto( periódicasou não) podem provocar o surgimento do fenómeno de

fadiga.• Nas estruturas ou peças pode ocorrer a fissuração com

tensões inferiores à tensão de cedência devido à fadiga.

• São zonas críticas os pontos de concentração detensões e as juntas soldadas devido sobretudo à máconcepção ou execução dessa junta.



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As cargas suportados por elementos estruturais, sãomuitas vezes cargas cíclicas de tracção,

compressão, flexão e torção

Tipos de Solicitações



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Tipo de Solicitações



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Solicitações de Fadiga



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– Solicitações de Fadiga Uniaxiais σm

≠ 0

Critério de Goodman modificadoσa = σfo ( 1- σm / σr )

σm + σa = σced

σfo – tensão limite de fadiga



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Relacionamento do Projecto com a

Fadiga

• O IIW recomenda que a resistência à fadiga global

da estrutura é condicionada pela resistência à fadigados vários elementos ou juntas soldadas.• É conveniente garantir que a soldadura não tem

defeitos.• Razões que potenciam a ocorrência de rotura por

Fadiga: tensão de tracção muito elevada, variação doestado de tensão com o tempo e nº de ciclos de

carga muito elevado.



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Zonas da ruptura por Fadiga

• Incubação- pode ter origem na superfície ou no interior(

soldaduras com defeito) das peças.

• Propagação da fissura- progride perpendicularmente à

direcção das tensões que lhe deram origem.

• Ruptura final- ocorre quando a secção residual nãosuporta as cargas



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• da / dN ( velocidade de

propagação da fenda) –avanço da fenda por ciclode carga (mm/ciclo)

• ∆ K (Kmáx – Kmín ) -

amplitude do factor deintensidade de tensõesno ciclo de carga.

• Kmáx - Kmín – valores máxe min de K



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Superfície de fractura por fadiga



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Curvas S-N ( Wohler)

• Ordenadas- amplitude ou

gama das tensões (∆σ)• Abcissas- nº de ciclos• Os aços apresentam um

valor σ , que se não forultrapassado considera-secom vida infinita. Este valoré a tensão limite de fadigaσ

fo



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Lei de Palmgern-Miner

• Quando uma estrutura é sujeita a um ciclo de desolicitações inferior ao necessário para causar aruptura, embora não fracturando a estrutura passou ater menos resistência.

• Miner que o dano pode ser expresso pelo quocienteentre o nº de ciclos aplicados ( n ) e o nº de ciclos

para causar ruptura para essa solicitação ( N ).



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Lei de Palmgern-Miner

• Segundo Miner a ruptura à fadiga ocorre quando osomatório dos incrementos de dano é igual à unidade.

Σi

(n / N)i

= 1



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Factores que afectam a resistência

à Fadiga

• Concentração detensões



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Factores que afectam a resistênciaà Fadiga

• Tensõesresiduais



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à Fadiga

• Defeitos de Soldadura

• Tridimensionais PorosidadesInclusões sólidas

• Planares Falta de penetraçãoGeométricosFissuras



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à Fadiga



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à Fadiga



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Factores que afectam a resistênciaà Fadiga

• Defeito Planar: falta de fusão- é a falta de ligação

entre o metal depositado e o metal base.



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à Fadiga



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à Fadiga



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à Fadiga

• Medidas de melhoria de resistência à fadiga de juntas soldadas

– Nas topo a topo: remoção da sobrespessura docordão (elimina defeitos superficiais e tensões

residuais e a variação localizada da espessura)- – Nas de canto: utilizar cordões com dimensãomínima e boa moldagem para obter cordõescôncavos para melhorar a concordância.

– Evitar soldaduras em zonas mais solicitadas.



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à Fadiga

• Outros Factores

– Meio ambiente: corrossão – Acabamento de superfície



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Fadiga Oligocíclica

• Ocorre em condições de deformação plástica cíclica.Esta fadiga faz surgir rupturas em estruturas com umreduzido nº de ciclos ( 10000).

• O fenómeno da fadiga oligocíclica é muitas vezesmotivada por variações cíclicas de temperatura.

• Problema que afecta os reservatórios de pressão.



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Fadiga Oligocíclica

- Neste tipo de fadiga o

mais importante é adeformação.

- As curvas de fadigasão obtidas em ensaiosmecânicos em que avariável é a

deformação e não atensão.



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Resistência à Fadiga de juntas soldadas

• Soldaduras topo a topo- a ruptura aparece numafissura com início no bordo de soldadura



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• A descontinuidade da soldadura tem importância.

• A sobrespessura não aumenta a resistência à fadiga



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• Junta longitudinal de canto



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• Junta longitudinal-iniciação da fenda de fadiga



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Tipos de ruptura em reservatóriosde pressão



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Melhorar resistência à Fadigadas Juntas Soldadas

• Reduzir os efeitos de entalhe geométrico.

• O número de juntas soldadas deve ser o mínimopossível.

• Sempre que possível utilizar juntas soldadas maisresistentes à fadiga. Por exemplo preferir juntas topo

a topo a juntas de canto.



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• Reduzir o efeito concentrador de tensões por melhoria

na geometria do cordão:- afagamento com disco ou mó abrasiva- acabamento ou passagem suplementar com os

processos TIG (refusão) ou plasma- eléctrodos especiais- grenalhagem ou martelagem superficial

M lh i ê i à F di



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Passagem suplementar TIG

M lh i ê i à F di



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Eléctrodos especiais

Melhorar resistência à Fadiga



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• Comparação de curvas S-N p/ vários tratamentos



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das Juntas Soldadas

• INTRODUÇÃO de TENSÕES RESIDUAIS- Martelagem superficial: martelar o pé do cordão com

martelo pneumático.- Grenalhagem superficial: bombardeamento da junta

com pequenas esferas de aço.- Aquecimento localizado: aquecer o pé do cordão de

modo a criar tensões residuais de compressão.




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Comparação de curvas S-N em juntas de canto




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Síntese Conclusiva

• As juntas soldadas sujeitas a solicitações dinâmicasrequerem cuidado no seu Projecto afim de evitarrupturas por fadiga.

• Informação dada pelos diagramas S-N• Após execução podem ser beneficiadas afim de

aumentarem a sua resistência à fadiga.



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Referências Bibliográficas:

1. Fadiga de Estruturas soldadas(C. Moura Branco, A Augusto Fernandes e P.

Tavares de Castro –

Fundação Calouste Gulbenkian)

2. Steel Designers’ Manual( G.Owens, P. Knowles – Blackwell Science)

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