O Dr. Christoph Leser tem quase 30 anos de experiência como pesquisador, engenheiro de teste, engenheiro de aplicação e consultor de teste e é presidente de uma subcomissão da ASTM. Aqui, o Dr. Leser descreve como os pesquisadores de materiais podem obter resultados consistentes em testes de fadiga termomecânica (TMF).
Pergunta: Por que há um interesse crescente em testes de TMF?
Resposta:Atualmente, duas das áreas mais estimulantes de P&D de materiais estão relacionadas com as turbinas usadas nos setores aeroespacial e de geração de energia. Em ambos os casos, os engenheiros estão aumentando a eficácia operacional e a confiabilidade além de todas as expectativas. Para tanto, eles precisam de componentes e estruturas de turbinas capazes de suportar temperaturas maiores, por períodos mais longos, em várias condições de carga cíclica. Os materiais investigados incluem superligas inovadoras, compósitos de matriz cerâmica, revestimentos cerâmicos, entre outros. Para entender como esses materiais reagem a alterações simultâneas de temperatura e carga, os testes de TMF devem ser parte essencial do processo de P&D.
Pergunta: Você poderia descrever o funcionamento e os objetivos dos testes de TMF?
Resposta:Os testes de TMF são uma espécie de teste de fadiga, que buscam simular da melhor forma possível as condições operacionais reais dos componentes. Mais especificamente, os testes de TMF caracterizam a resposta dos materiais a cargas mecânicas cíclicas e variações de temperatura, simultâneas, que produzem uma resposta sinérgica difícil de antecipar usando testes de fadiga isotérmica. Os dados gerados pelos testes de TMF ajudam os pesquisadores a modelar o comportamento dos componentes, bem como a validar os modelos existentes em um ambiente de teste controlado.
Pergunta: Quais são os desafios específicos dos testes de TMF?
Resposta: Os testes de TMF podem ser difíceis, porque usam ciclos mecânicos e térmicos dentro e fora de fase. A diferença de fase entre a deformação induzida por temperatura e a deformação induzida mecanicamente suscita inúmeras interpretações do comportamento do material. É preciso aplicar calor usando métodos de irradiação ou indução, o que pode exigir refrigeração. Os equipamentos de teste e os fixadores devem ser capazes de suportar altas temperaturas. É difícil coletar dados precisos, porque sistemas de alta precisão se comportam de forma diferente em temperaturas muito elevadas. O tipo de material testado influencia a configuração, e há muitas opções de instrumentação, aquecimento, refrigeração e fixação. Por todos esses motivos, os testes de TMF costumam ser personalizados e complexos.
Pergunta: Considerando essa complexidade, como os pesquisadores esperam obter resultados consistentes entre diferentes testes e diferentes laboratórios?
Resposta:As normas de teste, como ISO 12111 e ASTM E2368, descrevem as melhores práticas para caracterizar materiais sujeitos a cargas térmicas e mecânicas simultâneas. Além disso, o Código de Prática Validado pela União Europeia para Testes de Fadiga Termomecânica com Deformação Controlada, criado por um consórcio de parceiros internacionais, é outro bom recurso para assegurar a consistência dos testes. Como mencionei, um dos maiores desafios dos testes de TMF é que a deformação total inclui tanto componentes térmicos como mecânicos, e é preciso saber sua distribuição exata. Portanto, o Código de Prática reduz o comando de diferença de fase a duas possibilidades: ciclos dentro de fase (deformação máxima em temperatura máxima) e fora de fase (deformação máxima em temperatura mínima). O código também inclui todas as etapas necessárias para realizar o teste, da calibração aos relatórios de dados.
Pergunta: Como os pesquisadores podem assegurar que estão cumprindo os requisitos do Código de Prática?
Resposta:Os pesquisadores podem seguir o código (e fazer face à complexidade dos testes de TMF) usando soluções avançadas de software. A MTS oferece um modelo de TMF para o software multifuncional MTS TestSuite™, para fazer testes conforme as normas ASTM e ISO e conforme o Código de Prática Validado pela União Europeia para Testes de Fadiga Termomecânica com Deformação Controlada. O modelo é completamente transparente e fornece explicações completas sobre seus algoritmos e cálculos, de modo que os pesquisadores podem usá-lo para interpretar as normas de diferentes maneiras e modificar o modelo para obter novas perspectivas. Toda essa flexibilidade permite que eles realizem vários testes de TMF com corpos de prova de diferentes materiais e geometrias.
Pergunta: Quais recursos do modelo e do software são particularmente adequados aos testes de TMF?
Resposta: Cada tarefa do Código de Prática é representada no modelo por um botão do painel de comando, e cada botão é definido por um bloco de programação, que o usuário pode modificar. De forma simples, o que pode ser visto, pode ser modificado. Isso se aplica aos cálculos e fluxos de trabalho dos testes, bem como à representação visual dos dados durante os testes, o que oferece visualizações ilimitadas e permite configurações pelo usuário. Isso também se aplica aos resultados, para que você possa exportar os dados e apresentar os resultados no formato de sua preferência.
Pergunta: Quais serão os próximos desdobramentos para os testes de TMF?
Resposta: Uma das principais tendências para os testes de TMF é a integração de modelagem. A MTS, junto a um de nossos parceiros, desenvolveu uma solução para determinar melhor as capacidades de aquecimento. Essa nova solução permite modelar o corpo de prova, a bobina e as garras para entender quais valores, taxas e distribuição de temperatura podem ser obtidas em relação ao corpo de prova, antes de construir quaisquer componentes físicos.
