Formas de aplicação da carga de estresse

As formas de aplicação da carga de estresse, que serão apresentadas nesta seção, estão relacionadas apenas ao método de aceleração por altos níveis de estresse.

Em Mettas (2003) são definidos dois grupos, denominados estresse constante ou independente do tempo (constant stress/time-independent) e estresse variável ou dependente do tempo (varying stress/time-dependent). De acordo com Nelson (2004), a escolha da forma de aplicação da carga de estresse depende de como o SST trabalha em campo, bem como de restrições teóricas e práticas envolvidas. Também, este mesmo autor salienta que as teorias que analisam os efeitos do estresse variável, sobre a vida de produtos/sistemas, ainda são rudimentares, sendo que muitas destas não têm sido verificadas apropriadamente.

Em função dos motivos citados anteriormente, Nelson (2004) ressalta que em alguns casos é preferível utilizar estresse constante, mesmo quando o SST experimenta estresse variável em campo/serviço. Complementando sua justificativa, o referido autor destaca que a aplicação de estresse constante é mais fácil de ser implementada e, para muitos casos onde o estresse manifesta-se de forma variável, é possível a sua adequada representação utilizando estresse constante.

4.2.4.1. Estresse constante

O estresse constante ou independente do tempo é o tipo mais comum de forma de aplicação de estresse em um ensaio acelerado. O SST é submetido a um mesmo nível de estresse que se mantém durante todo teste. A fim de realizar a modelagem adequada dos dados obtidos neste tipo de teste, de acordo com o método de ensaios acelerados, se faz necessário utilizar vários níveis de estresse constante.

A figura 4.1 ilustra esta forma de aplicação. Neste exemplo, foram testados 12 espécimes, sendo alocadas 4 unidades para cada nível de estresse. No nível mais alto de estresse todos os espécimes falharam antes do término do teste. No nível intermediário três espécimes falharam e um sobreviveu. No menor nível, dois espécimes falharam e dois sobreviveram. Estresse Tempo Nível 3 Nível 2 Nível 1 Estresse Tempo Estresse Tempo Nível 3 Nível 2 Nível 1

Figura 4.1: Tipo de teste com estresse constante

A definição da duração do teste (eixo x) é fundamental para se verificar se os espécimes testados têm falhado ou não durante o teste, sendo um dos aspectos que serão abordados na seção 4.3.1.

4.2.4.2. Estresse variável

Neste tipo de teste o SST é submetido a um nível de estresse que muda com o tempo. Neste enfoque, espera-se que o SST apresente falhas mais rapidamente do que quando aplicado estresse constante (METTAS, 2003). Esta forma de aplicação pode ser conduzida de acordo com as seguintes abordagens:

 Escada (step-stress): Cada SST é submetido a um nível de estresse por um período de tempo (figura 4.2(a)). Se o SST não falhar neste período, o nível de estresse é elevado para um novo patamar e o procedimento se repete. A principal vantagem desta forma de aplicação de estresse é levar o SST à manifestação de falhas mais rapidamente. Freitas e Colosimo (1997) salientam que a maior desvantagem deste enfoque está nas estimações das medidas de confiabilidade a partir dos dados de vida (tempos de falha) obtidos. Os autores destacam que a maioria dos produtos em condições normais de uso é submetida a uma carga constante e não do tipo “escada”. Neste caso, o modelo a ser adotado é mais complexo, pois deve considerar o efeito

cumulativo da exposição do SST aos vários níveis de estresse sucessivos (NELSON, 2004). Além disso, Freitas e Colosimo (1997) lembram que os modos de falha que ocorrem nos patamares mais altos, em geral, podem diferir daqueles que ocorrem em condições normais de uso.

 Progressivo: Cada SST é submetido a um nível crescente de estresse, porém esse aumento não é feito em “passos” como no enfoque anterior, mas sim progressivamente (figura 4.2(b)). Os testes progressivos possuem as mesmas vantagens e desvantagens dos testes em “escada”. Contudo, nestes pode ser difícil o controle acurado do nível de estresse durante o ensaio acelerado (NELSON, 2004).  Cíclico: Cada SST é submetido a estresses de níveis alto e baixo de forma cíclica (figura 4.2(c)). Segundo Nelson (2004), para muitos produtos os ciclos consideram os mesmos níveis de estresse no nível mais alto do ciclo. Em outros casos, os mesmos níveis de estresse nos níveis alto e baixo se repetem até a falha. Nestes casos, a vida do SST é mensurada em números de ciclos até a falha.

 Aleatório: Existem casos onde o SST está sujeito a níveis de estresse que se alteram de maneira aleatória (figura 4.2(d)). Como exemplo, Nelson (2004) cita componentes estruturais de pontes e de aviões. Nestes casos os testes empregam estresses aleatórios seguindo a mesma distribuição de variação que ocorre durante a operação do SST, porém usando valores mais elevados para os níveis de estresse. Nelson (2004) destaca que tal como nos testes cíclicos, testes aleatórios possuem características (ex. média e desvio padrão) que permitem simplificar sua execução e análise através de uma abordagem baseada em estresse constante. Por exemplo, adotando-se um valor médio para o nível de estresse, ou até mesmo um valor superior ao valor médio, o teste poderia ser conduzido na forma de estresse constante e os dados modelados seguindo esta abordagem. Corroborando com Nelson (2004), Freitas e Colosimo (1997, p. 159) destacam que:

“[...] quando o modo de falha e o efeito da aceleração da variável de estresse são bem entendidos, e quando se deseja fazer estimativas para um ambiente cujo estresse é aproximadamente constante, utilizar testes com outra forma de aplicação de estresse que não a constante significa complicar desnecessariamente a situação”.

(a) (b) (c) (d) Estresse Estresse Estresse baixo médio alto Estresse Tempo Tempo Tempo Tempo (a) (b) (c) (d) Estresse Estresse Estresse baixo médio alto Estresse Tempo Tempo Tempo Tempo

Figura 4.2: Variantes de teste de estresse dependente do tempo

Fontes: Nelson (2004)