Introdução ao Projeto.

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1 1 Notas de Aula: Prof. Gilfran Milfont As anotações, ábacos, tabelas, fotos e gráficos contidas neste texto, foram retiradas dos seguintes livros: -PROJETOS de MÁQUINAS-Robert L. Norton- Ed. BOOKMAN-2ª edição PROJETO de ENG. MECÂNICA-Joseph E. Shigley-Ed. BOOKMAN -7ª edição FUNDAMENTOS do PROJETO de COMP de MÁQUINAS-Robert C. Juvinall-Ed.LTC -1ª edição PROJETO MECÂNICO de ELEMENTOS de MÁQUINAS-Jack A. Collins-Ed. LTC-1ª edição Introdução ao Projeto INTRODUÇÃO A análise de componentes estruturais sofreu um desenvolvimento bastante acentuado nas últimas décadas, com o surgimento de estudos detalhados nos campos de Fadiga, Mecânica da Fratura, Confiabilidade Estrutural e Métodos Numéricos de Análise Estrutural. O objetivo da disciplina é fornecer um conjunto de informações e métodos de dimensionamento para a análise de resistência de componentes estruturais, formando um todo consistente, que torna viável o uso imediato destas informações no projeto ou na análise de componentes submetidos a esforços, o que permite um melhor conhecimento da real margem de segurança e um uso mais eficiente dos materiais, pela determinação mais exata da tensão característica de falha, bem como de que forma deve ser determinada a margem de segurança necessária. 1

2 1.0- INTRODUÇÃO A identificação dos possíveis modos de falha de um componente, a partir das suas condições de uso, bem como definir qual a tensão admissível a ser utilizada no projeto, compatível com o modo de falha do componente, e com o nível de segurança necessário é o principal objetivo do curso. Os conhecimentos das disciplinas: Resistência dos Materiais e Materiais de Construção Mecânica, são de fundamental importância no desenvolvimento do nosso estudo. Inicialmente faremos uma breve revisão sobre Mecânica dos Materiais e as Propriedades Mecânicas dos Materiais, avançando para Análise Plástica e Mecânica da Fratura. Em seguida, trataremos dos problemas relacionados com as falha por Fadiga PROJETO O Projeto de Máquinas, trata da criação de uma máquina, que funcione bem, com segurança e confiabilidade e que seja economicamente viável. Metodologia de projetos: A Engenharia está relacionada com a criação de algum objeto de utilidade, o que envolve toda uma seqüência de atividades, desde a concepção do produto, até a sua produção propriamente dita, passando pelo projeto preliminar, detalhamento, análise, planejamento da produção, produção, controle de qualidade e assistência ao usuário. No caso dos elementos de máquinas, que são solicitados por cargas e esforços durante a operação, um dos pontos mais críticos do projeto é a escolha do material a ser utilizado e o seu correto dimensionamento para suportar as cargas e condições de trabalho que irão se desenvolver ao longo da sua vida útil. Castro,J.T.P. 2

3 1.2 - METODOLOGIA DE PROJETOS 1.3 FORMULAÇÃO E CÁLCULO DO PROBLEMA O engenheiro trabalha com um grande número de variáveis, que formam o chamado espaço de projeto, ou seja, o conjunto de todos os fatores que influem sobre a configuração do projeto, seu custo de fabricação e operação, seu desempenho em serviço, etc. Dentre as variáveis de projeto, podemos citar algumas das mais importantes como sendo: - Valores nominais de carga: forças, momentos e pressão; - Valores máximos de carregamento; - Variação de temperatura durante a operação; - Propriedades dos materiais usados; - Tipos de vínculos e restrições; - Nível de segurança. Destas variáveis muitas são incógnitas quando da etapa de projeto preliminar, embora, em muitos casos, conheça-se ao menos a ordem de grandeza que os valores numéricos podem assumir. Usualmente tem-se como incógnitas em um projeto preliminar variáveis como, por exemplo, as dimensões da seção transversal do componente, a espessura de parede de um reservatório, ou a especificação do tipo de material. 3

4 1.3a FORMULAÇÃO E CÁLCULO DO PROBLEMA É importante para o engenheiro desenvolver hábitos computacionais bons e cuidadosos, ser organizado e manter registros de documentações e hipóteses para as tomadas de decisões ao longo do trabalho. O roteiro abaixo, dá uma idéia das tarefas a serem realizadas na fase de projeto: 1- Definir o problema; 2- Declarar os dados; 3- Elaborar hipóteses apropriadas; 4- Decisões preliminares do projeto; 5- Croquis do projeto; 6- Modelos matemáticos; 7- Análise do projeto; 8- Avaliação dos resultados; 9- Documentar detalhadamente o projeto. 1.4 O MODELO DE ENGENHARIA O sucesso de qualquer projeto depende muito da validade e adequação dos modelos de engenharia utilizados para prever e analisar o seu comportamento. A escolha destes modelos é a parte mais difícil e, seu sucesso, depende tanto da experiência quanto da habilidade do projetista, requerendo invariavelmente o uso de computadores para ser testado. Nesta etapa, alguns passos devem ser seguidos: 1- Estimativa e análise de primeira ordem: Tem que começar por algum lugar. A primeira escolha, provavelmente não terá sido a melhor. O processo de iteração permitirá que você retroceda, melhore e acabe tendo sucesso no seu projeto. As ferramentas computacionais irão facilitar os recálculos. 2- Croquis de engenharia: É geralmente o ponto inicial de um projeto ( pode ser a mão livre, mas deve ser feito razoavelmente em escala para exibir proporções geométricas coerentes) 4

5 1.5 PROJETO AUXILIADO POR COMPUTADOR O surgimento do computador provocou uma verdadeira revolução nos projetos e nas análises de engenharia. À medida que o projeto avança, os croquis são substituídos por desenhos formais, principalmente através do desenho auxiliado por computador. A seguir, é mostrado o modelo sólido do suporte da esfera do croquis anterior, seu desenho cotado e a malha FEM aplicada ao modelo. 1.6 O RELATÓRIO DE ENGENHARIA A comunicação das suas idéias é um aspecto muito importante da engenharia. O engenheiro precisa: Elaborar propostas, relatórios técnicos, apresentações e interagir com outras pessoas. É muito importante que o engenheiro desenvolva suas habilidades de comunicação. Não é possível vender uma idéia, um serviço ou um produto, se você não consegue transmitir de forma clara e precisa aquilo que você fez ou pretende fazer. É claro, que a visão ética e moral deve sempre estar presente na vida do engenheiro, consciente do que deve ser feito e como deve se comportar no exercício da sua profissão, tendo em mente o bem estar público, a preservação do meio ambiente, dos recursos naturais, sustentada pela qualidade, confiabilidade e segurança dos seus projetos. 5

6 1.7 COEFICIENTES DE SEGURANÇA (C. ESTÁTICA) INFORMAÇÕES QUALIDADE DAS INFOMAÇÕES DADOS DAS PROPRIEDADES DOS MATERIAIS CONDIÇÕES AMBIENTAIS ONDE SERÁ UTILIZADO MODELOS ANALÍTICOS PARA FORÇAS E TENSÕES O material utilizado realmente foi testado Dados representativos de testes do material disponíveis Dados razoavelmente representativos de testes do material Dados insuficientemente representativos de testes do material São idênticas às condições dos testes do material São essencialmente igual ao de um laboratório comum Ambiente moderadamente desafiador Ambiente extremamente desafiador Os modelos foram testados em experimentos Os modelos representam precisamente o sistema Os modelos representam aproximadamente o sistema Os modelos são aproximações grosseiras Materiais Dúcteis : MÁX (F1, F2, F3) Materiais Frágeis : 2 x MÁX (F1, F2, F3) FATOR F1 1,3 2,0 3,0 5,0+ F2 1,3 2,0 3,0 5,0+ F3 1,3 2,0 3,0 5, NORMAS DE PROJETO E DE SEGURANÇA Muitas associações de engenharia e agências governamentais desenvolvem normas para áreas específicas de projetos. A maior parte delas são apenas recomendações, mas algumas têm força de lei. 6

7 1.9 UNIDADES Os sistemas de unidades mais utilizados são: FPS: pé-libra-segundo; IPS: polegada-libra-segundo; SI: Sistema Internacional; CGS (Métrico): centimetro-grama-segundo. Todos os sistemas foram criados a partir de três quantidades da expressão geral da lei de Newton. Alguma confusão envolve a conversão de valores dos sistemas dos EUA e o SI, em função do último utilizar um grupo diferente de unidades básicas. Os sistemas americanos têm como unidades básicas: força, comprimento e tempo. O Sistemas Internacional tem como unidades básicas: massa, comprimento e tempo. A massa é então derivada da lei de Newton como: FPS: SI: IPS: 1.10 CONVERSÃO DE UNIDADES 7

8 1.11- PARA REFLETIR (PROB. JACK A. COLLINS) 1.11a- PARA REFLETIR (PROB. JACK A. COLLINS) 8