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4 Livro-Schoen-2013-Els-final3 2013/6/26 9:02 page iv #4 2013, Elsevier Editora Ltda. Todos os direitos reservados protegidos pela Lei de 19/02/98. Nenhuma parte deste livro, sem autorização prévia por parte da editora, poderá ser reproduzida ou transmitida sejam quais forem os meios empregados: eletrônicos, mecânicos, fotográficos, gravação ou quaisquer outros. Copidesque: Adriana Araújo Kramer Editoração eletrônica: Cláudio Geraldo Schön Revisão Gráfica: Casa Editorial BBM. Elsevier Editora Ltda. Conhecimento sem Fronteiras Rua Sete de setembro, º andar Centro - Rio de janeiro RJ Brasil Rua Quintana, 753 8º andar Brooklin São Paulo - SP Serviço de Atendimento ao Cliente sac@elsevier.com.br ISBN: ISBN (versão eletrônica): Nota Muito zelo e técnica foram empregados na edição desta obra. No entanto, podem ocorrer erros de digitação, impressão ou dúvida conceitual. Em qualquer das hipóteses, solicitamos a comunicação ao nosso Serviço de Atendimento ao Cliente, para que possamos esclarecer ou encaminhar a questão. Nem a editora, nem o autor, assumem qualquer responsabilidade por eventuais danos ou perdas a pessoas ou bens, originados do uso desta publicação. CIP BRASIL. CATALOGAÇÃO NA PUBLICAÇÃO SINDICATO NACIONAL DOS EDITORES DE LIVRO, RJ S382m Schön, Cláudio Geraldo Mecânica dos materiais / Cláudio Geraldo Schön. 1ed. Rio de Janeiro: Elsevier, p. : il. : 24 cm Inclui bibliografia Índice de assuntos / Índice de autores ISBN Engenharia Civil. 2. Fundações (Engenharia). I. Título CDD: CDU: /06/ /06/2013

5 Livro-Schoen-2013-Els-final3 2013/6/26 9:02 page v #5 Sumário Apresentação 1 1 Mecânica dos sólidos Fundamentos Deformação Tensão Trabalho de deformação Transformação de referenciais Círculos de Mohr Estados planos Estado plano de tensão Estado plano de deformação Elasticidade linear Fenomenologia da elasticidade linear Deformação causada por tensão normal Deformação produzida por tensão de cisalhamento Princípio da superposição Lei de Hooke generalizada Compressibilidades Restrições (Constraints) Anisotropia elástica Equações básicas da elasticidade nos estados planos e a função tensão Concentradores de tensão e os fundamentos de mecânica da fratura Concentradores de tensão

6 Livro-Schoen-2013-Els-final3 2013/6/26 9:02 page vi #6 vi Mecânica dos Materiais Elsevier Fator de concentração de tensão (K t ) A solução de Inglis para o furo central elíptico (1913) Definição de variáveis Relações constitutivas gerais Soluções particulares Critério de Griffith (1921) Trabalhos posteriores Considerações filosóficas A forma da ponta da trinca Módulo de Coesão Mecânica da fratura elástica linear Modos de carregamento de trinca Dependência da geometria do sistema Tenacidade à fratura Integridade estrutural e efeitos de escala Distribuição de Weibull Plasticidade Parâmetros da curva tensão-deformação (o ensaio de tração) Equação de Ludwik - Hollomon Instabilidades plásticas O tratamento de Argon para as instabilidades plásticas Estricção Localização da deformação em cisalhamento Empescoçamento em polímeros Escoamento descontínuo em aços carbono Escoamento serrilhado Efeito Bauschinger Aplicação: o ensaio de dureza Ensaio de indentação instrumentada Plasticidade e fratura em solicitações multiaxiais: critérios de escoamento e de falha Tensão equivalente Critério de von Mises Critério de Treska Representação gráfica dos critérios de escoamento Critérios de falha Critério de Rankine

7 Livro-Schoen-2013-Els-final3 2013/6/26 9:02 page vii #7 Elsevier Sumário vii Critério de Mohr-Coulomb Critério de Griffith Critério de McClintock-Walsh Critérios de escoamento para outros materiais particulares Teoria da deformação elastoplástica em deformações finitas Termodinâmica da deformação elastoplástica Aplicação: estampabilidade de chapas Embutimento profundo, estiramento Curva limite de conformação (CLC) Análise de grade de círculos Plasticidade e mecânica da fratura: noções de mecânica da fratura elastoplástica Correção para plasticidade limitada Aplicação: o ensaio de tenacidade à fratura no EPD Características do ensaio Mecânica da fratura elastoplástica COD e CTOD Integral J Comparação entre CTOD e J Curva R A restrição plástica O segundo parâmetro de tenacidade Diagrama de prognóstico de falha O ensaio de determinação do trabalho essencial de fratura (EWF) Estados de deformação e de tensão dependentes do tempo Comportamento viscoso Procedimentos experimentais idealizados Modelos simplificados Módulos dinâmicos Comportamento mecânico de polímeros Curva mestre Módulos complexos Relações constitutivas em polímeros O modelo de Haward e Thackray O modelo de Arruda e Boyce

8 Livro-Schoen-2013-Els-final3 2013/6/26 9:02 page viii #8 viii Mecânica dos Materiais Elsevier 8 Mecanismos de deformação plástica e de fratura dos materiais Deformação por escorregamento Deformação plástica de monocristais Deformação plástica de policristais: a relação de Hall- Petch Teorias do encruamento Microestruturas de deformação Heterogeneidades microestruturais de deformação Bandas de cisalhamento Aplicação: Equal-channel angular pressing (ECAP) Mecanismos de fratura dúctil Fratura dúctil de monocristais Fratura por coalescimento de microcavidades (Dimples) Deformação e fratura de polímeros Nucleação de MFBs Maclação mecânica Representação geométrica A tensão de maclação (σ M ) Mecanismos de fratura frágil Clivagem Fratura intergranular Aspectos microscópicos da propagação de trincas frágeis Aplicação: ensaios de impacto Ensaios de pêndulo de impacto Transição dúctil-frágil Ensaio de queda de peso drop-weight test Deformação plástica em altas temperaturas e fluência de materiais cristalinos Recuperação e recristalização dinâmica Recuperação dinâmica Recristalização dinâmica Fluência Ensaio de fluência Relações empíricas Energia de ativação para a fluência Métodos de extrapolação Método de Larson-Miller

9 Livro-Schoen-2013-Els-final3 2013/6/26 9:02 page ix #9 Elsevier Sumário ix Método alternativos de extrapolação Fluência em estados triaxiais de tensão Relaxação de tensão Mecanismos de deformação e de fratura em fluência Equação MBD Mecanismos de fluência Mecanismos difusionais Dislocation creep Quebra da lei de potência (Power law breakdown) Escorregamento viscoso Escorregamento de contornos de grão Efeitos da dispersão de precipitados sobre a resistência à fluência Aplicação: ligas ODS Superplasticidade Sensibilidade à taxa de defomação e estricção Fratura por fluência Cavitação Fadiga dos materiais Esforços dinâmicos Fadiga: definição e generalidades História e fenomenologia da fadiga Fadiga em controle de tensão Fadiga em controle de deformação Diagramas de vida constante Fratura por fadiga Nucleação da trinca Aplicação: efeito da qualidade da superfície sobre a vida em fadiga Propagação da trinca Superfície de fratura Estrias Fractografia

10 Livro-Schoen-2013-Els-final3 2013/6/26 9:02 page x #10 x Mecânica dos Materiais Elsevier 13 Teorias da acumulação de dano e propagação da trinca de fadiga Previsão de vida em fadiga Aplicação da MFEL à fadiga: relação de Paris Críticas à relação de Paris Desvios do comportamento de Paris Modelos explicativos dos desvios Microestruturas de deformação em fadiga Fadiga de Baixo Ciclo Ciclos de histerese Formação das PSBs Conexão das estruturas em FBC e a propagação da trinca Fadiga operacional Hipótese de similaridade Crítica à hipótese de similaridade Ensaios em estruturas Ensaios com carregamento em espectro Contagem de ciclos Modelos matemáticos de trincas de fadiga Fadiga em modo misto Fadiga multiaxial Critérios para crescimento de trinca Taxa de crescimento da trinca Filosofias de projeto considerando fadiga Degradação dos materiais Degradação térmica Peste do MoSi Fragilidade do revenido em aços e outros fenômenos semelhantes Degradação térmica de polímeros Degradação química Degradação por hidrogênio Corrosão sob tensão (CST) Degradação radiativa

11 Livro-Schoen-2013-Els-final3 2013/6/26 9:02 page xi #11 Elsevier Sumário xi 17 Mecânica dos materiais compósitos Generalidades, definições e nomenclatura Compósitos - classificação Compósitos de matriz polimérica - CMPs Características das matrizes em compósitos Rotas de fabricação Defeitos em compósitos Interfaces Propriedades físicas dos compósitos Mistura mecânica Volume crítico de reforço Fratura de compósitos, tenacidade à fratura e resistência à fadiga Tenacificação e compósitos Resistência à fadiga em compósitos reforçados por fibras 507 A Tensores 509 A.1 Definições A.2 Os produtos e a contração Bibliografia 515 Índice remissivo 529 Índice de assuntos Índice de autores