Teste de fadiga em madeira com até um bilhão de carga em ciclos - Ciência e Engenharia de Materiais

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segunda-feira, 31 de outubro de 2022

Teste de fadiga em madeira com até um bilhão de carga em ciclos

 

Resumo: A madeira maciça de bétula (Betula pendula) foi estudada com um teste de ressonância ultrassônica, recentemente desenvolvido, como um modo de configuração que permite experimentos acelerados em fadiga. As vidas de fadiga ultrassônica foram medidas a uma frequência de ciclo de cerca de 20 kHz em até 109 ciclos de carga.


A madeira se mostra um material muito promissor como alternativa para polímeros reforçados que demandam muito trabalho e custo para reciclar. Recentemente, estudos em madeiras têm se mostrado relevantes para estabelecer a madeira, e materiais à base de madeira, como peças fundamentais em instalações de transporte. 


Além da sua leveza e sustentabilidade, a madeira possui muitas propriedades vantajosas, como alta resistência e rigidez, fácil usinabilidade, boa disponibilidade e custo benefício. Se usada para componentes de transporte de carga em veículos, no entanto, o material está sujeito a inúmeros ciclos de tensões, que podem causar danos por fadiga do material. Os autores estudaram a madeira maciça de bétula (B. pendula), da Áustria. 


Em relação aos testes de fadiga ultrassônica, os corpos de prova, em vez de serem tensionados por forças externas, são submetidos a vibrações de ressonância. As amostras são montadas em um trem de carga composto por componentes que são restringidos pela condição de ressonância em frequência ultrassônica. Diante disso, ambas as extremidades de cada componente vibram em direções opostas, resultando em nós de vibração com máxima deformação e tensão em seus centros.


O autor enfatiza que os testes de fadiga ultrassônicos são estritamente realizados no regime linear elástico e a correlação linear entre a amplitude de vibração e amplitude de tensão foi determinada antes do teste realizado nos corpos de prova, e as amplitudes de tensões resultantes foram calculadas pela lei de Hooke.


Além disso, o autor afirmou que a qualidade da aderência do medidor na superfície da amostra pode ser um problema para um material fibroso e poroso, como a madeira. Com isso, normalmente são utilizados adesivos para compensar a irregularidade da superfície, que podem gerar erros nas medidas.


Com isso, os autores desenvolveram uma configuração de teste de fadiga ultrassônica, que permite testes de fadiga de ciclo muito alto para a madeira dentro de um tempo de teste razoável. Essa nova configuração foi reverter o ciclo de tensão e deformação, possibilitando testes de fadiga em madeira maciça de bétula com equipamentos ultrassônicos operando a 20 kHz, alcançando vidas úteis na ordem de 103 a 109 ciclos de carga.


O artigo conclui que essa técnica de teste de fadiga ultrassônica é um método apropriado para testes acelerados em madeiras, permitindo a coleta de dados de fadiga estatisticamente significativos de até 109 ciclos de carga dentro de um tempo de teste razoável. 


Além disso, o autor conclui que a bétula não mostrou um limite de fadiga abaixo de 109 ciclos de carga, com 50% de probabilidade de fratura em 109 ciclos encontrados em uma tensão de 29 MPa.




Referência:
K. Ulrike, F. Michael, S. Bernd, K. Thomas, M. Ulrich, M. Herwig. "Fatigue testing of wood up to one billion load cycles". Holzforschung, 2022. https://doi.org/10.1515/hf-2022-0111


Redação: Rafael Andrade Taveira - Engenharia de Materiais - UNILA