Estimativa de vida para fadiga sob condições de fretting usando o método das curvas de Wöhler modificadas associado com a teoria das distâncias críticas

Abstract

O presente trabalho apresenta uma metodologia para a estimativa da vida sob condições de fretting. A metodologia considera o uso da Teoria das Distâncias Críticas associada a um modelo de fadiga multiaxial baseado na abordagem de plano crítico. A ideia inicial da metodologia é de que estimativas de vida em fadiga para problemas envolvendo concentradores e gradientes de tensão devem considerar que existe uma relação entre a distância crítica (zona de processo) e o número de ciclos para a falha. Essa relação pode então ser usada com modelos baseados em tensão para estimar a vida em regime de médio / alto número de ciclos, onde as tensões ainda são elásticas. Para a aplicação e validação da metodologia foram utilizados dados da literatura envolvendo o contato entre cilindros fabricados em liga aeronáutica Al 4%Cu (HE 15-TF). Estes dados revelaram que o fenômeno de fretting não produz efeito sobre a resistência à fadiga do componente quando a semi-largura do contato, a, é menor do que um valor crítico. Todos os testes experimentais foram conduzidos sob-regime de escorregamento parcial. Pelos resultados obtidos pode-se concluir que em regime de fadiga de médio número de ciclos (105 ≤Nf ≤107 ciclos) a metodologia funciona com boa acurácia. No entanto, para os dados que foram interrompidos em 107 ciclos (condição de parada dos ensaios experimentais para atingir vida infinita), mostrou-se que uma abordagem limiar tipo falha / não-falha, é mais apropriada com estimativas de resistência localizadas dentro de uma faixa de erro de +-20%. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT

This work presents a methodology to estimate fretting fatigue lifetime of mechanical components. The methodology considers the use of the Theory of Critical Distances applied in conjunction with a multiaxial fatigue model based on the Critical Plane approach. The starting point of this methodology is that to estimate lifetime of components under stress gradient/stress concentration conditions it is necessary to assume that the critical distance (process zone) is a function of the number of cycles to failure. This relationship can be used together with stress based models to estimate lifetime in the high / medium cycle regime where the stresses are still elastic. To validate the proposed model experimental data were taken from the literature. These data involves a cylinder on plane contact configuration where both contacting bodies are made of an aeronautic alloy Al 4%Cu (HE 15-TF). The data revealed that the fretting phenomenon do not affect the component`s fatigue strength when the semi-width of the contact, a, is lower than a critical value. All tests were carried under partial slip regime. From the results we can conclude that the multiaxial model considered in conjunction with the Theory of Critical Distances was able to estimate fretting fatigue life with a good level of accuracy in the medium-high cycle regime (105 ≤Nf ≤107 ciclos). However, for tests which run out (at 107 cycles - infinite life) a fail/safe approach proved to be more appropriate and provided fatigue strength estimates within an error interval of about 20%.