Callister_-_Engenharia_e_Cincia_dos_Materiais_ptg_ ... - Ufrgs

superfície de fratura intergranular. (Reproduzida com permissão de D.J.Wulpi, Understanding
How Components Fail, American Society for Metals, Materials Park, OH, 1985.)
8.5 - PRINCÍPIOS DE MECÂNICA DE FRATURA
Fratura frágil de materiais normalmente dúteis, tais como aquela mostrada na página 189,
demonstrou a necessidade de um melhor entendimento dos mecanismos de fratura.Extensos
esforços de pesquisa ao longo de várias décadas passadas conduziram à evolução do campo da
mecânica de fratura . Conhecimento compilado a partir daí permite quantificação das correlações
entre propriedades de materiais, nível de tensão, a presença defeitos produtoras de trinca e
mecanismos de propagação de trinca. Os engenheiros projetistas estão agora melhor equipados
para se antecipar e, assim ,prevenir falhas estruturais. A presente discussão centra-se sobre alguns
princípios fundamentaisda mecânica da fratura.
Concentração de Tensão
A resistência à fratura de um material sólido é uma função das forças coesivas que existem entre os
átomos.Nesta base, estimou-se que a resistência coesiva teóricade um sólido elástico frágil é
aproximadamente E / 10, onde E é o módulo de elasticidade. As resistências à fratura experimentais
da maioria dos materiais de engenharia normalmente caem entre 10 e 1000 vezes abaixo deste
valor teórico. Na década de 1920, A.A.Griffith propuseram que esta discrepância entre a força
coesiva teórica e a resistência à fratura observada poderia ser explicada pela presença de defeitos
ou trincas muito pequenos e microscópicos quesempre existem sob condições normais na superfície
e dentro do interior de um corpo material. Os defeitos são um detrimento para a resistência à fratura
porque uma tensão aplicada pode ser amplificada ou concentrada na ponta, a magnitude desta
amplificação dependendo da orientação e geometria da trinca. Este fenômenos está demonstrado
na Figura 8.7, um perfil de tensão através de uma seção reta contendo uma trinca interna. Como
indicado por este perfil, a magnitude desta tensão localizada diminui com a distância para longe da
ponta da trinca. Em posições bem longe do referido ponto, a tensão é justoa tensão nominal σ o ou a
cargadividida pela seção reta da amostra. Devido à sua capacidade de amplificar um tensão
aplicada em seus locais, estes defeitos (falhas) às vezes denominadas elevadores tensão.
Figura 8.7 - (a) A geometria de trincas superficial e interna. (b) Perfil esquemático de tensão ao
longo da linha X-X' em (a), demonstrando amplificação de tensão em posições de ponta de trinca.
É suposto que umatrincatem uma forma elítica e está orientada com o seu eixo maior
perpendicular à tensão aplicada, a tensão máxima na ponta da trinca, σ m , pode ser aproximada por
σ m = 2 σ o (a/ρ t ) 1/2 (8.1)