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Liliana Castel-Branco Azambuja
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7. Propriedades Mecânicas dos Materiais As propriedades mecânicas de um material devem ser conhecidas para que os engenheiros possam relacionar a deformação medida no material com a tensão associada

Essa propriedade é inerente ao próprio material e deve ser determinada por experimento. Um dos testes mais importantes a realizar nesse sentido é o teste de tração ou compressão.

muitos materiais da engenharia, tais como metais, cerâmicas, polímeros e materiais compostos.

1 7. Propriedades Mecânicas dos Materiais As propriedades mecânicas de um material devem ser conhecidas para que os engenheiros possam relacionar a deformação medida no material com a tensão associada a ela. 7.1 Teste de Tração e Compressão A resistência de um material depende de sua capacidade de suportar a carga sem deformação excessiva ou ruptura. Essa propriedade é inerente ao próprio material e deve ser determinada por experimento. Um dos testes mais importantes a realizar nesse sentido é o teste de tração ou compressão. Embora muitas propriedades mecânicas possam ser determinadas por meio desse teste, ele é usado principalmente para determinar a relação entre a tensão normal média e a deformação normal média em muitos materiais da engenharia, tais como metais, cerâmicas, polímeros e materiais compostos. Para realizar o teste de tração e compressão é feito um corpo de prova do material, como formato e tamanho padronizado. Uma máquina de teste é usada para estirar o corpo de prova com taxa muito lenta e constante até que ele atinja o ponto de ruptura. A máquina é projetada para ler a carga necessária para manter o estiramento uniforme. Os dados da carga aplicada são registrados a intervalos freqüentes a medida que são lidos no mostrador da máquina ou em um mostrador digital. Além disso, mede-se alongamento entre as marcas de punção no corpo de prova por meio de um calibre ou um dispositivo ótico

denominado extensômetro. O valor (delta) é então usado para calcular a deformação normal média do corpo de prova. 7.

como se fosse uma tabela de tensões e deformações correspondentes e depois basta se plotar o gráfico.

Tensão nominal ou de engenharia: Determina-se com os dados registrados no ensaio, dividindo-se a carga aplicada P pela área da seção transversal inicial do corpo de prova Ao.

2 denominado extensômetro. O valor (delta) é então usado para calcular a deformação normal média do corpo de prova. 7.2 Diagrama tensão x deformação É o gráfico obtido através dos resultados do ensaio, podem-se calcular vários valores de tensão e deformação correspondente no corpo de prova, como se fosse uma tabela de tensões e deformações correspondentes e depois basta se plotar o gráfico. A curva resultante, denominada diagrama tensãodeformação, pode ser descrita de duas maneiras. Tensão nominal ou de engenharia: Determina-se com os dados registrados no ensaio, dividindo-se a carga aplicada P pela área da seção transversal inicial do corpo de prova Ao. Deformação nominal ou de engenharia: É obtida da leitura do extensômetro, ou dividindo-se a variação do comprimento de referência, δ, pelo comprimento de referência inicial Lo. Se os valores correspondentes de e forem colocados em um gráfico, no qual a ordenada seja a tensão e a abscissa seja a deformação, a curva resultante será chamada de diagrama tensãodeformação convencianal.

Pela curva podemos identificar quatro maneiras diferentes pelas quais o material de comporta, dependendo da grandeza da deformação nele provocada.

3 Pela curva podemos identificar quatro maneiras diferentes pelas quais o material de comporta, dependendo da grandeza da deformação nele provocada. a) Comportamento elástico: ocorre quando as deformações no corpo de prova estão na região sombreada clara do diagrama. b) Escoamento: um pequeno aumento de tensão acima do limite de elasticidade resulta em colapso do material e faz com que ele se deforme permanentemente. Esse comportamento é escoamento e é indicado pela região sombreada escura da curva. A tensão que provoca o escoamento é chamada limite de escoamento ou ponto de escoamento, e a deformação ocorrida é denominada deformação plástica. c) Endurecimento por deformação: quando o escoamento termina, pode-se aplicar uma carga adicional ao corpo de prova, o que resultará em uma curva que cresce continuamente, mas que se torna mais plana até que alcança a tensão máxima denominada limite de resistência (. O aumento da curva é chamado endurecimento por deformação. d) Estricção: ao atingir o limite de resistência, a área da seção transversal começa a diminuir em uma região localizada do corpo de prova, em vez de em todo o seu comprimento. e) Diagrama tensão x deformação real: em vez de usar a área da seção transversal inicial e o comprimento do corpo de prova para calcular a tensão e a deformação, poderíamos ter usado a área real da seção transversal e o comprimento do corpo de prova no instante em que a carga é medida. Os valores da tensão e da deformação calculados com essas medidas são chamados tensão real e deformação real, e a construção gráfica de seus valores é chamada diagrama tensão-deformação real. Os pontos importantes do diagrama tensão-deformação são: Limite de proporcionalidade, limite de elasticidade, limite de escoamento, limite de resistência e tensão de ruptura.

7.3 Comportamento da Tensão x Deformação de Materiais Dúcteis e Frágeis Os materiais são classificados como dúcteis ou frágeis, dependendo de suas características de tensãodeformação.

4 7.3 Comportamento da Tensão x Deformação de Materiais Dúcteis e Frágeis Os materiais são classificados como dúcteis ou frágeis, dependendo de suas características de tensãodeformação. A partir de agora, daremos tratamento distintos para cada um deles. Materiais Dúcteis Qualquer Material que possa ser submetido a grandes deformações antes da ruptura é chamado de material dúctil. O aço doce é um exemplo. Os engenheiros escolhem materiais dúcteis para o projeto por que são capazes de absorver choque ou energia e, quando sobrecarregados, exibem, em geral, grande deformação antes de falhar. Materiais Frágeis São materiais que possuem pouco, ou nenhum escoamento. Exemplo: Concreto. Uma das maneiras de especificar a ductilidade do material é informar a porcentagem de alongamento ou a porcentagem de redução da área no instante da quebra. A porcentagem de alongamento é a deformação de ruptura do corpo de prova expresso como porcentagem. Assim, se o comprimento de referencia inicial do corpo de prova for e o seu comprimento na ruptura for, então: A porcentagem de redução de área é outra maneira de especificar a ductilidade. Ela é definida na região de estricção como segue: Onde é a área inicial da seção transversal do corpo de prova e é a área na ruptura. 7.4 Lei de Hooke

5 A maioria dos materiais da engenharia apresenta relação linear entre tensão e deformação na região de elasticidade. Conseqüentemente, um aumento na tensão provoca um aumento proporcional na deformação. Essa característica é conhecida como Lei de Hooke. Onde E é a constante de proporcionalidade, módulo de elasticidade ou módulo de Young, Exemplos: 1. A haste de alumínio mostrada na figura (a) tem seção transversal circular e está submetida a uma carga axial de 10 kn. Se uma parte do diagrama tensão-deformação do material é mostrado na figura (b), determinar o alongamento aproximado da haste quando a carga é aplicada. Suponha que Eal = 70 GPa.

6 Exercícios: 1. Os arames de aço AB e AC suportam a massa de 200 kg. Supondo que a tensão normal admissível para eles seja σadm = 130 MPa, determinar o diâmetro requerido para cada arame. Além disso, qual será o novo comprimento do arame AB depois que a carga for aplicada? Supor o comprimento sem deformação de AB como sendo 750 mm. Eaço = 200 GPa.

2. Foi realizado um teste de tensão em um corpo de prova de aço com diâmetro original de 12,5 mm e comprimento de referência de 50 mm. Os dados estão relacionados na tabela.

7 2. Foi realizado um teste de tensão em um corpo de prova de aço com diâmetro original de 12,5 mm e comprimento de referência de 50 mm. Os dados estão relacionados na tabela. Construir o diagrama tensão-deformação e determinar aproximadamente o módulo de elasticidade, o limite de resistência e a tensão de ruptura. Usar as escalas de 20 mm = 50 MPa e 20 mm = 0,05 mm/mm. Detalhar a região linear-elástica usando a mesma escala de tensão, porém com escala de 20 mm = 0,001 mm/mm para a deformação. 3. Os dois arames estão interligados em A. Se a carga P provocar o deslocamento vertical de 3 mm ao ponto A, qual será a deformação normal provocada em cada arame?

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