A3 Fadiga em Polímeros (Aquecimento por Histerese)

Tópico

A componente viscosa deste polímero, quantificada pelo fator de perda descrito em mais detalhes por outro modelo deste sistema, dissipa uma quantidade característica de energia em cada ciclo de carga aplicado. Sob carregamento cíclico, este polímero não se deforma e recupera seguindo exatamente a mesma curva tensão-deformação em ambas as direções. Em vez disso, entre o carregamento e o descarregamento de cada ciclo, ele descreve um laço de histerese, e a área delimitada por esse laço de histerese representa a energia dissipada nesse ciclo. O fato de este polímero apresentar um fator de perda maior significa que, para a mesma amplitude de carga cíclica, a energia dissipada por ciclo também é maior.

O fato de essa energia dissipada por ciclo se repetir, ciclo após ciclo, na frequência com que esse carregamento cíclico é aplicado, produz uma taxa de geração de calor dentro deste polímero: cada ciclo de carregamento adicional adiciona, dentro deste polímero, a mesma quantidade de energia dissipada que o ciclo anterior, e essa energia dissipada repetida, acumulada por unidade de tempo, constitui essa taxa de geração de calor. Uma maior frequência de carregamento cíclico, para a mesma quantidade de energia dissipada por ciclo, também resulta em uma maior taxa de geração de calor, porque a mesma quantidade de energia dissipada por ciclo se repete mais vezes por unidade de tempo.

Portanto, este modelo, com seu componente viscoso e a taxa de geração de calor para a qual foi inicialmente desenvolvido, faz com que essa mesma taxa de geração de calor eleve a temperatura local do polímero se essa geração de calor exceder a capacidade do polímero de dissipar esse calor para o ambiente, a ponto de produzir um amolecimento local que pode levar à falha antes que qualquer trinca se propague significativamente. Essa fadiga por aquecimento histerético contrasta, portanto, com a fadiga descrita para um metal em outro modelo de um conjunto diferente de materiais, onde o crescimento progressivo de uma única trinca de fadiga, e não esse aquecimento histerético, é o mecanismo dominante que leva à falha final. O fato de esse polímero dissipar, ciclo após ciclo, uma quantidade muito maior de energia de histerese do que o metal dissipa no mesmo número de ciclos de carga significa que esse mecanismo de aquecimento por histerese, desprezível no metal, torna-se o mecanismo de fadiga dominante nesse polímero.

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