Aplicação da Mecânica de Fratura e Fadiga na Análise de Falha de um Eixo de Tambor de Transportador de Correia

Guilherme Rossi; Júlio César Pereira; Willy Ank Morais

doi:10.5281/zenodo.18452400

A Figura 4 apresenta a superfície de fratura do eixo do tambor de esticamento analisado, evidenciando características típicas de falha por fadiga seguida de fratura final por sobrecarga. Observa-se que a maior parte da seção transversal é ocupada por uma região de propagação estável de trincas de fadiga, delimitada pelo contorno tracejado, na qual são visíveis marcas com orientação aproximadamente radial, indicativas do crescimento progressivo da trinca sob carregamento cíclico de flexão. Essas feições sugerem múltiplos sítios de nucleação ao longo da periferia da seção, compatíveis com a presença de concentrações de tensão associadas a entalhes geométricos. A região destacada como “Fratura Final” corresponde à área remanescente da seção resistente, na qual ocorreu a ruptura abrupta do eixo após a redução significativa da área efetiva devido à propagação das trincas de fadiga. O aspecto mais rugoso e irregular dessa região é compatível com um mecanismo de fratura instável, associado à incapacidade do material de suportar o carregamento aplicado quando atingida a condição crítica. A dimensão indicada de aproximadamente 56 mm representa a extensão máxima de propagação das trincas de fadiga antes da fratura final, valor empregado nas análises subsequentes de mecânica da fratura e resistência dos materiais.

PDF (Portuguese)

Published: 2026-02-02

DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.18452400

Keywords:

Belt Conveyors, Elastic-Plastic Fracture Mechanics, Rotating Shafts, Failure Analysis

Guilherme Rossi

UNISANTA

Júlio César Pereira

UNISANTA

Willy Ank Morais

UNISANTA

https://orcid.org/0000-0003-3795-0467

Abstract

This work presents the fatigue failure analysis of a tensioning drum shaft of a belt conveyor used in a mining plant. The investigation examined the hypothesis of excessive bending loading resulting from belt tensioning, as well as the possible influence of prior surface repair interventions involving metallization. The analysis was conducted based on elastoplastic fracture mechanics criteria, material property characterization (SAE 4340 steel), and estimation of the stresses acting in the fracture region. Stress, bending moment, and fatigue strength calculations indicated that the bending load imposed on the shaft, resulting from the tensioning applied by the tie rods, exceeded both the admissible limits established in the technical documentation and the estimated fatigue strength limit of the component. Effective stresses of approximately 270 MPa were determined in the notch region, compared with fatigue strength values ranging from 223 to 274 MPa, depending on the adopted reliability level. Additionally, the force applied to the tie rods was approximately 216% higher than the recommended value, characterizing a critical overload condition associated with the failure.