1 - falha de um componente estrutural
TRANSCRIPT
Capítulo Um
Falha de um componente estrutural
Definição de falha
Razões para a falha
O processo de falha
A fratura
Funções da análise de falha
Procedimento investigativo
Falha de um componente estrutural
Objetivo: Este Capítulo caracteriza de forma introdutória o
problema da falha de um componente estrutural, através
da apresentação de conceitos básicos sobre o assunto e
de metodologias para a condução da sua análise.
Definição de falha em uma estrutura:
quando a estrutura fica completamente
inutilizada;
quando ela ainda pode ser utilizada, mas não
é mais capaz de desempenhar a sua função
satisfatoriamente;
quando uma séria deterioração a torna
insegura para continuar a ser utilizada.
Razões para a falha de uma estrutura:
negligência durante o projeto, a construção
ou a operação da estrutura;
aplicação de um novo projeto, ou de um
novo material, que vem a produzir um
inesperado (e indesejável) resultado.
O processo de falha
Pordeformação
plástica
Por impacto(instantâneo)
Trincamentopor fadiga(função do
tempo)
Trincamentoassistido pelo
ambiente(função do
tempo)
Por desgaste(dano
superficial)
Desempenho de materiais, como resultado da interação entre
composição, processamento, estrutura e propriedades.
Aluísio Drummond:
presidente da
Fundação Projeto Sorria
Consultório: Unidade VI
FALHA:
ANALISE x PREVENÇÃO
A Fratura : um fenômeno indesejável
Exemplos de casos:
7. Chernobil
8. Challenger
9. Ayrton Senna
10. Eschede
11. Concorde
12. WTC
13. Columbia
1. Titanic
2. Hindenburg
3. Tacoma
4. Liberty
5. Comet
6. JAL
Metalografia do aço usado no casco do Titanic, mostrando bandeamento
de ferrita e perlita, com inclusões de MnS.
a) d = 60,40 m
b) d = 41,92 m
Metalografia de um aço ASTM A-36, com d = 26,17 m
Metalografia do aço usado no casco do
Titanic, mostrando bandeamento
de ferrita e perlita, com inclusões de MnS.
Fratogafia de impacto a O0C do aço usado no
casco do Titanic, mostrando facetas de
clivagem, com inclusões de MnS quebradas.
Curvas de transição ductil-frágil do aço do
casco do Titanic, e de um aço ASTM A-36
% de fratura dúctil do aço do casco do
Titanic, e de um aço ASTM A-36
A Fratura :Exemplo 3: ressonância na Tacoma Narrows Bridge, 07/11/1940
Dados da ponte: comprimento de 1810m, distância entre colunas de
853m, inauguração em 01/07/1940, colapso em 07/11/1940 após ventos de
64km/h.
Estado de Washington, USA.
1940
2005
A Fratura :Exemplo 4: Fratura frágil em
duas partes do casco denavios de carga Liberty eT-2 em 1941 no OceanoAtlântico.
A Fratura :
Exemplo 5: Fratura por fadiga da fuselagem de um
avião de passageiros Comet em 1954 no Mar
Mediterrâneo.
A Fratura :Exemplo 6: Fratura por fadiga da parede traseira do Boeing
747 SR em 12/08/1985 no Japão.
A Fratura :Exemplo 7: O acidente de Chernobil, 26/04/1986.
Contaminação com césio-137 na região de Chernobyl.
Funções da análise de falhas :
Razões para se conduzir uma
análise de falhas
Determinação e descrição dos
fatores responsáveis pela falha
Motivação
Prática de engenharia
Considerações de ordem legal
Prática da engenharia: relação da análise de falha com o
projeto e a produção de um componente
Economia Segurança Função
Projeto
Seleção de
materiais
Fabricação
Processamento
Montagem
Serviço
AparênciaHistória
prévia
Análise
de falha
Tecnologia de GESTÃO na indústria:
Ferramentas da qualidade
Folha de
coleta
de dados
Gráfico de
Pareto
Diagrama de causa e efeito
Fluxograma HistogramaDiagrama
de dispersão
Gráfico
ou carta de
controle
Ferramentas de planejamento
Diagrama de
afinidade
Diagrama de relação
Diagrama de árvore
Diagrama de setas
Matriz de relacionamento
Matriz de priorização
Carta programa
de processo de decisão
Métodos gráficos : diagrama de causa e efeito, diagrama de Ishikawa
ou espinha de peixe
Modo de falha
Operação Projeto
Humano Manutenção Fabricação
Sobrecarga
Uso incorreto
Seleção do material
Configuração
Perda de conexão
Ausência de lubrificação
Trat. térmico errado
Defeito de soldaFalta de capacitação
Equipe pequena
Métodos de análise e de resolução de problemas
MASP
(Metodologia para Análise e Solução de Problemas, USA)
• Formulação do problema
• Análise do problema
• Pesquisa de possíveis soluções
• Avaliação das alternativas
• Recomendação para a ação
PDCA
(Ciclo Deming, Japão)
• Plan (planejar)
• Do (fazer)
• Check (verificar)
• Action (atuar)
Procedimento investigativo
Modelo para resolver um problema de engenharia.
Identificação do problema
Determinação da causa raiz
Desenvolvimento de ações corretivas
Validação e verificação das ações corretivas
Padronização
Causa Raiz
Tipo de raiz Falha de um vaso de pressão Falha de um parafuso
Raízes físicas Dano por corrosão; redução da espessura
da parede
Trinca de fadiga; vibração do
equipamento
Raízes humanas Inspeção executada de forma inadequada Equipamento instalado de
forma imprópria
Raízes latentes Treinamento inadequado do inspetor Processo inadequado de
verificação da especificação
Procedimento investigativo : Wulpi (1993)
1) Coleta de dados e seleção de amostras.
2) Exame preliminares da parte falhada (exames visuais com armazenamento – fotografia).
3) Ensaios não destrutivos.
4) Ensaios mecânicos (incluindo dureza e tenacidade).
5) Seleção, identificação, preservação e/ou limpeza de amostras (para comparação com partes não
fraturadas).
6) Exames macroscópicos, análise e documentação fotográfica (superfícies de fratura, trincas
secundárias e outras características superficiais).
7) Observação microscópica (lupa, MEV) e análise.
8) Seleção e preparo de amostras metalográficas.
9) Exame e análise das amostras metalográficas.
10) Determinação do mecanismo de falha.
11) Análise química (total, local, produtos de corrosão, depósitos ou recobrimentos e
microanálise).
12) Análise por mecânica de fratura.
13) Ensaios sob condições simuladas de serviço.
14) Análise de todas as evidências, formulação das conclusões e confecção de um relatório
(incluindo as recomendações).
Retirada de partes do componente estrutural para os diversos
tipos de análise propostos na tabela anterior:
Propriedades mecânicas:
a) Tração
b) Dureza
c) Impacto
Metalografia:
a) Longitudinal
b) Transversal
Análise química:
a) Via úmida
b) Espectroscopia
Superfície de fratura:
a) Exame visual e estereoscópico
b) MEV
c) MET
Superfície de fratura
A engenharia forense (engenharia de detetive)
Definição:
Do latim forensic : significa “público”.
Relaciona-se ao meio jurídico, às cortes judiciárias.
Diz respeito a argumentações legais ou públicas.
Engenharia forense: é a ciência concernente às relações entre a engenharia e as leis.
Características mais comuns:
A engenharia forense reune atividades relacionadas com a análise de falhas.
Trata-se de uma especialidade relativamente recente na engenharia.
A medicina forense é um assunto muito mais conhecido.
A engenharia forense (engenharia de detetive)
Qualificações de um engenheiro forense:
Especialista no assunto sob investigação
• Educação formal
• Experiência
• Engenheiro licenciado
• Ativo em sociedades técnicas
Honesto, imparcial, ético
• Verdadeiro
• Objetivo
• Que evita conflito de interesses
A engenharia forense (engenharia de detetive)
A engenharia forense na Corte
Nos EUA menos de 10% dos casos vão a julgamento em uma Corte.
A maioria dos casos é resolvida após gasto dispendioso com advogados.
Para os casos que são levados à Corte, a engenharia forense desempenha
um papel muito importante.