Mecânica Técnica e Resistência dos Materiais. Irineu Yassuda

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William Coradelli Ventura
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1 Mecânica Técnica e Resistência dos Materiais Irineu Yassuda 2013

2 Definição de Resistência dos Materiais É um ramo da mecânica que estuda as relações entre cargas externas aplicadas a um corpo deformável e a intensidade das forças internas que atuam dentro do corpo. 2

3 HISTÓRICO Desde a antiguidade, onde o homem iniciou a arte e ciência de construir, sempre houve a necessidade de obter os conhecimentos da resistência dos materiais. Foi observado que apenas com tais conhecimentos haveria a possibilidade de gerar regras, padrões e procedimentos para determinar quais dimensões seriam seguras para atuar como elementos em dispositivos e estruturas. 3

4 As civilizações mais antigas da humanidade já haviam se lançado no estudo dos materiais. Os egípcios inegavelmente já possuíam grandes conhecimentos desta área, pois sem eles seria impossível terem construído as pirâmides do Egito. Logo a frente, os gregos trariam mais um avanço na construção, criando e utilizando princípios de estática, a qual corresponde a base da resistência dos materiais. 4

5 Arquimedes ( a.c.) deu uma enorme prova a respeito de condições de equilíbrio, ao utilizar uma alavanca, esboçando métodos de verificação de centro de gravidade dos corpos. Aplicou também sua teoria na construção de grandes dispositivos, tais como guinchos e guindastes. Mais tarde, outra civilização contribuiu com a resistência dos materiais: os romanos. Eram grandes construtores, pois além de elaborarem monumentos e templos, muitas de suas estradas, pontes e fortes estão mantidas até os dias atuais. Um de seus principais trunfos nas construções foram os arcos. 5

6 Durante a Idade Média, grande parte do que foi estudado e descoberto fora perdido, sendo recuperado apenas com a chegada do Renascimento. Durante este período, o interesse pela ciência voltava à tona, surgindo grandes talentos artísticos no ramo da engenharia e arquitetura como Leonardo da Vinci, que apresentou grandes contribuições principalmente no estudo de vigas. 6

7 Apenas no século XVII aconteceriam as primeiras tentativas de encontrar dimensões seguras de elementos de estruturas, de forma analítica. O famoso livro A Nova Ciência, de Galileu Galilei, apresenta o esforço do mesmo em organizar métodos aplicáveis as análises de esforços em seqüências lógicas. Assim, tem o início da resistência dos materiais como ciência. 7

8 Na engenharia dos materiais, a resistência dos materiais significa a capacidade do material resistir a uma força a ele aplicada. A resistência de um material é dada em função de seu processo de fabricação e os técnicos empregam uma variedade de processos para alterar essa resistência posteriormente. 8

9 ESFORÇOS MECÂNICOS Os esforços mecânicos são o principal foco da resistência dos materiais, pois todo o estudo gira em torno de como dimensionar uma peça ou elemento de máquina para que suporte os efeitos que os esforços mecânicos gerados por uma estrutura geral ou específica estarão atuando sobre a mesma. Cada tipo de esforço possui uma forma específica de ser analisado, estudado e calculado. 9

10 ESFORÇOS MECÂNICOS Para esses cálculos é necessário utilizar-se dos conhecimentos de um dos ramos da Física: a estática, para que o equilíbrio de forças demonstre o que acontecerá com dada peça de determinado material quando submetida a certo tipo de esforço. Os cálculos de esforço mecânico estão profundamente conectados aos conceitos de: momento de inércia, módulo de resistência e raio de giro. 10

11 ESFORÇOS MECÂNICOS São os esforços mecânicos: Tração; Compressão; Cisalhamento; Flexão; Torção; Flexo-Torção; Flambagem; 11

12 A escolha dos materiais a serem utilizados nos instrumentos e tubulações da indústria é de grande importância para a parte operacional e econômica da empresa. Essa escolha do material das tubulações e dos equipamentos podem ser realizada em função de vários fatores, como por exemplo: - fluido a ser transportado (viscosidade, temperatura, corrosividade). 12

13 Essa escolha do material das tubulações e dos equipamentos podem ser realizada em função de vários fatores, como por exemplo: - custos. 13

14 Conceito de Tensão Representa a intensidade da força interna sobre um plano específico (área) que passa por um determinado ponto. 14

15 Tensão Normal e Tensão de Cisalhamento Tensão Normal: A intensidade da força ou força por unidade de área, que atua no sentido perpendicular a ΔA, é definida como tensão normal, δ (sigma). 15

16 Tensão de Cisalhamento: A intensidade da força ou força por unidade de área, que atua na tangente a ΔA, é definida como tensão de cisalhamento, τ (tau). 16

17 Unidades de Tensão no SI No Sistema Internacional de Unidades (SI), a intensidade tanto da tensão normal quanto da tensão de cisalhamento é especificada na unidade básica de Newtons por metro quadrado (N/m²). Esta unidade é denominada pascal (1 Pa = 1 N/m²), como essa unidade é muito pequena, nos trabalhos de engenharia são usados prefixos como quilo (10³), mega (10 6 ) ou giga (10 9 ). 1MPa =10 6 Pa =10 6 N/m² 1GPa =10 9 Pa =10 9 N/m² 17

18 Tensão Normal Média Hipóteses de simplificação 1) É necessário que a barra permaneça reta tanto antes como depois de a carga ser aplicada, e, além disso, a seção transversal deve permanecer plana durante a deformação. 18

19 Hipóteses de simplificação 2) A fim de que a barra possa sofrer deformação uniforme, é necessário que P seja aplicada ao longo do eixo do centróide da seção transversal e o material deve ser homogêneo e isotrópico. 19

20 Tensão Normal Média Simplificações Material Homogêneo: Possui as mesmas propriedades físicas e mecânicas em todo o seu volume. Material Isotrópico: Possui as mesmas propriedades físicas e mecânicas em todas as direções. 20

21 Exercício 1 1) A luminária de 80 kg é suportada por duas hastes AB e BC como mostra a figura. Se AB tem diâmetro de 10 mm e BC tem diâmetro de 8 mm. Determinar a tensão normal média em cada haste. 21

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24 24

25 Tensão de Cisalhamento Média 25

26 Exercícios Propostos 26

27 Cisalhamento em Juntas 27

28 Deformação 28

29 Deformação Normal 29

30 Deformação por Cisalhamento 30

31 Propriedades Mecânicas dos Materiais. 31

32 Ensaio de Tração e Compressão 32

33 Máquina Para Ensaio de Tração e Compressão 33

34 Relações de Tensão e Deformação 34

35 Diagrama Tensão x Deformação 35

36 Tipos de Falhas em Corpos de Prova 36

37 Materiais Dúcteis e Frágeis 37

38 Porcentagens de Alongamento e Redução de Área 38

39 Lei de Hooke 39

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