O que é fadiga em navios?

Jul 17, 2023

Antes de uma embarcação ser construída, é necessário que ela seja verificada analiticamente sob várias perspectivas do ponto de vista estrutural.

Isto serve para validar numericamente o projeto da embarcação e verificar se há discrepâncias ou deficiências que possam levar a falhas estruturais, perdas, elos fracos ou não conformidades em escalas variadas. Em escalas variadas, todas essas coisas podem estar localizadas em uma única região de pequena escala ou talvez em nível global, o que pode comprometer a estrutura da embarcação como um todo ou causar danos em grande extensão.

Assim, para cada navio, é necessária uma análise para verificar a integridade estrutural e identificar e avaliar os riscos associados ao projeto do navio.

Anteriormente, a maioria das análises era feita a partir de primeiros princípios e técnicas numéricas. No entanto, com o avanço do tempo, todas as formas de análise são agora baseadas em elementos finitos e ainda mais integradas em métodos computacionais executados através de recursos de software.

Os tipos de análise estrutural realizados principalmente em embarcações são:

A análise da resistência direta e da viga final do casco trata principalmente da análise estrutural da embarcação e de seus componentes nos níveis global e local.

A análise de vibração livre e forçada trata da resposta estrutural em relação aos modos vibracionais sob determinado peso leve, peso morto, operações de máquinas e equipamentos e carregamento externo em níveis globais e locais.

Assim como os seres vivos, os seres não vivos também se cansam depois de um certo momento!

Fadiga significa os efeitos estruturais em um corpo devido a cargas repetitivas ou cíclicas. Em outras palavras simples, as cargas de fadiga resultam do “desgaste” ou “desgaste” de um material durante um período de tempo.

Em termos físicos, os efeitos das cargas de fadiga iniciam-se a partir de fissuras ou deformidades no corpo ou objeto devido às cargas cíclicas aplicadas.

Quando continua a ser influenciado pelo carregamento, o problema agrava-se ainda mais e finalmente culmina numa falha grave da estrutura ou membro.

Assim, em outro sentido, as cargas de fadiga também podem ser definidas como as cargas de longo prazo variantes no tempo que se somam ao longo do tempo e influenciam a capacidade de resistência de um material, manifestando-se em falhas.

Ao contrário de outras cargas, elas não são de curto prazo e não afetam imediatamente a estrutura. É a forma mais lenta de efeito de carregamento, ao contrário das cargas de impacto que levam a falhas estruturais no menor espaço de tempo (em poucos segundos).

Para todos os efeitos práticos, a influência das cargas cíclicas ou repetitivas sobre uma estrutura pode levar à ruptura num período que varia de alguns meses a alguns anos.

Como exemplo simplificado, se considerarmos uma peça de maquinaria, como o rolamento de um motor ou engrenagem de um carro ou bicicleta, ela sofre uma carga repetida ao longo do período de uso, também dependendo da intensidade.

Em determinado momento, talvez depois de dez ou quinze anos, dependendo do uso ou manutenção, você enfrentará uma avaria completa do seu veículo, além de qualquer forma de reparo acessível.

Novamente, se você mora em um lugar chuvoso e a vidraça da janela quebra, um arranjo improvisado temporário duraria apenas alguns dias ou meses, e você precisa procurar um arranjo muito estável. Todos estes são exemplos simples de carga de fadiga.

Como o tempo é o principal factor na carga de fadiga, do ponto de vista da fadiga, para uma estrutura, é importante ver “quanto tempo a estrutura ou corpo sobrevive”. Em termos técnicos, isso é conhecido como vida em fadiga. Assim, para os exemplos acima, os 10, 15 ou 20 anos para um veículo, ou os poucos meses ou dias para a vidraça temporária, nada mais são do que a vida em fadiga.

Ao contrário de outras formas de análise estrutural, não existe uma forma direta ou comprovada de estimar com exatidão o ponto de falha da estrutura.

Ao contrário de uma análise de resistência direta, onde o nível exato de tensões pode ser previsto para uma falha estrutural ou análise vibracional e os modos exatos para deformações em nível local e global e valores de ressonância podem ser capturados sob as condições dadas, não é viável dizer com certeza depois de quanto tempo uma estrutura pode falhar sob carga de fadiga.