Ocorre que o repetido carregamento/descarregamento enfraquece os objetos, mesmo quando as tensões introduzidas são consideravelmente menores do que os limites de tensão aceitáveis. Este fenômeno é conhecido como fadiga. Cada ciclo de flutuação da tensão enfraquece um pouco o objeto. Depois de um certo número de ciclos, o objeto torna-se tão fraco que falha. A fadiga é a causa principal de falha de vários objetos, especialmente aqueles feitos de metal. Exemplos de objetos que falham devido à fadiga incluem máquinas rotativas, parafusos, asas de avião, produtos domésticos, plataformas offshore, navios, eixos de veículos, pontes e ossos.
Os estudos estruturais lineares e não lineares não prevêem falhas decorrentes de fadiga. Eles calculam a resposta de um projeto sujeitado a um ambiente determinado de restrições e cargas. Se as pressuposições de análise forem observadas e as tensões calculadas estiverem dentro dos limites permitidos, a segurança do ambiente será confirmada independentemente de quantas vezes a carga for aplicada.
Os resultados de estudos estáticos, dinâmicos lineares históricos de tempo ou não lineares podem ser usados como base para a definição de um estudo de fadiga. O número de ciclos exigidos para ocorrência das falhas de fadiga em um local dependem do material e das flutuações das tensões. Essas informações referentes a um material específico são fornecidas por uma curva chamada de Curva S-N.
Etapas das falhas devido à fadiga
A falha devido à fadiga ocorre em três etapas:
| Etapa 1. |
Uma ou mais rachaduras se desenvolvem no material. Rachaduras podem se desenvolver em qualquer lugar no material, mas geralmente ocorrem nas faces de limite devido às maiores flutuações de tensão. As rachaduras podem ocorrer por muitos motivos. Imperfeições na estrutura microscópica dos materiais e riscos na superfície causados por ferramentas ou manuseio são algumas delas, |
| Etapa 2. |
Algumas ou todas as rachaduras crescem devido ao carregamento continuado. |
| Etapa 3. |
A habilidade do projeto de suportar as cargas aplicadas continua a deteriorar até que ocorra a falha. |
As rachaduras de fadiga começam na superfície do material. O fortalecimento das superfícies do modelo aumenta a vida do modelo sob eventos de fadiga.