O limite de resistência corrigido com a resistência constante σ e ou τ e da conexão parafusada é determinado para o tipo, projeto, material e carga da junta selecionados a partir da fórmula:
σ e = σ' e k a k b k c k d k e k f [MPa, psi]
onde:
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σ' e |
limite de resistência básica de uma barra de teste do material selecionado [MPa, psi] |
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k a |
fator de superfície [-]. |
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k b |
fator de tamanho [-]. |
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k c |
fator de confiabilidade [-]. |
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k d |
fator de temperatura de funcionamento [-]. |
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k e |
fator alterado de concentração de tensão [-]. |
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k f |
fator de efeitos diversos [-]. |
1. Limite de resistência básica σ' e
Se você não tiver os resultados disponíveis dos testes de material da junta soldada selecionada e não conhece o valor exato do limite de resistência básica, é possível estimar seu valor. O cálculo cria o limite da resistência básica usando as seguintes fórmulas empíricas:
σ' e ≈ 0,5 S U – para dobra reversa
σ' e ≈ 0,4 S U – para tração reversa – pressão
σ' e ≈ 0,28 S U – para torção reversa (corte)
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S u |
tensão máxima de tração [MPa, psi] |
2. Fator de superfície k a
Para descrever a dependência do limite de resistência na qualidade da superfície, a resistência à fadiga da peça com carregamento de fadiga aumenta com o aumento da qualidade da superfície. Esse efeito é mais distinto para os materiais de alta qualidade. Utilize curvas experimentais para descrever o efeito que a qualidade da superfície tem no limite de resistência de acordo com a resistência do material e para diferentes superfícies usinadas.
A curva a seguir para juntas soldadas de qualidade padrão é utilizada para determinar o fator ka.
3. Fator de tamanho k b
O tamanho da junta não afeta a resistência à fadiga das juntas soldadas carregadas com tração reversa (pressão). Portanto, o fator de tamanho para esse tipo de carregamento é k b = 1.
Quando a junta é carregada com dobra ou torção (corte) reversa, seu tamanho pode afetar em grande parte a sua resistência à fadiga. A resistência diminui quando as dimensões da junta aumentam.
A deextremidade da relação exata entre o tamanho da solda e a resistência à fadiga da junta só pode ser feita por testes de fadiga experimentais complicados da junta soldada especificada. É praticamente impossível. Por isso, foi desenvolvido um procedimento teórico simplificado que tem sua origem nos testes de fadiga experimentais executados em barras de teste uniformes de diferentes diâmetros. que tem sua origem nos testes de fadiga experimentais executados em barras de teste uniformes de diferentes diâmetros. Esse procedimento permite estimar o tamanho aproximado do fator k b , de acordo com a teoria de que o diâmetro comparativo virtual correspondente da barra de teste pode ser atribuído para a seção de solda específica.
A seguir estão as fórmulas de cálculo para a deextremidade do fator k b .
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- Unidades imperiais |
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- unidades métricas |
sempre que seja cumprido o seguinte:
k b ≥ 0,6
k b = 1 para
onde a fórmula é utilizada para o cálculo do diâmetro comparativo virtual:
4. Fator de confiabilidade k c
Esse fator representa a influência da confiabilidade necessária da junta em funcionamento para o valor da resistência à fadiga. O valor do fator está na faixa <0,5 ... 1> e diminui com o aumento dos requisitos de confiabilidade. O valor de k c = 1 corresponde a uma confiabilidade de 50%, ou seja, a probabilidade de 50% de falha de uma junta soldada carregada com o carregamento de fadiga especificado.
A prática mecânica comum nos diz que o mais comum é dispor de peças mecânicas com um 95% de confiabilidade. No caso de a falha da junta ameaçar vidas humanas ou provocar perdas econômicas significativas, a junta soldada deverá ser designada para maior confiabilidade.
5. Fator de temperatura de funcionamento k d
O efeito que a temperatura de funcionamento tem sobre o limite de resistência depende em grande parte das propriedades do material utilizado. Os aços estruturais comumente usados que funcionam na faixa aproximada de -20 a 200 °C não têm o limite de resistência muito dependente da temperatura e o fator k d = 1 pode ser utilizado.
O projeto que considera as falhas de fadiga em altas temperaturas é um problema complexo, já que, em general, surgem interações entre a deformação, a fadiga e as instabilidades metalúrgicas. A informação teórica que descreve esse problema não é suficientemente completa. Utilize os resultados dos testes experimentais para um bom cálculo do fator k d .
6. Fator alterado de concentração de tensão k e
Altas concentrações de tensão local são originadas em uma junta quando a junta soldada e carregada por fadiga, devido ao efeito do entalhe da solda. Essas concentrações reduzem consideravelmente a resistência à fadiga da junta. O fator alterado de concentração de tensão é determinado pela fórmula k e = 1/K, onde o fator K de redução de resistência à fadiga depende do tipo, da forma, do projeto, da qualidade e do carregamento da junta soldada. A seguir, estão os valores recomendados do fator de concentração de tensão para os tipos e os carregamentos de solda selecionados.
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Tipo de solda, método de carregamento |
K |
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Solda de extremidade de topo carregada com dobra e tração (pressão) |
1.2 |
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Solda de extremidade de topo carregada com torção (corte) |
1.8 |
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Junta em T com solda de topo dupla face |
2.0 |
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Solda em ângulo com carga perpendicular |
1.5 |
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Solda em ângulo com carga paralela ao eixo de solda |
2.7 |
Se considerarmos o aparecimento de concentrações de tensão local, as peças mais perigosas da junta soldada são as transições entre a solda e o material básico. Por esse motivo, tenha cuidado ao utilizar um projeto de solda adequado, bem como uma usinagem perfeita das faces de transição, se as juntas soldadas forem carregadas com fadiga. A raiz mau soldada de uma solda de topo ou uma folga não soldada na raiz de uma solda em ângulo têm influência desfavorável na vida útil da fadiga da solda. Considere a qualidade do projeto da solda ao definir um fator de tamanho de concentração de tensão.
7. Fator de efeitos diversos k f
Todos os demais efeitos que podem reduzir ou aumentar a resistência à fadiga da junta soldada (a influência da corrosão, por exemplo) estão incluídos nesse fator.