Muitos materiais, quando em serviço, são submetidos a forças ou cargas É necessário conhecer as características do material e projetar o elemento
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- Maria do Loreto Cesário Bacelar
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2 Muitos materiais, quando em serviço, são submetidos a forças ou cargas É necessário conhecer as características do material e projetar o elemento estrutural a partir do qual ele é feito Materiais são frequentemente escolhidos para aplicações estruturais porque eles possuem combinações desejáveis de características mecânicas
3 Carga estática aplicada uniformemente sobre uma seção reta ou superfície de um elemento estrutural Comportamento mecânico pode ser determinado por um teste simples de tensãodeformação
4 Existem 3 principais meios nos quais uma carga pode ser aplicada, isto é: a) Compressão b) Tensão c) Cisalhamento
5 Tensão Deformação
6 Muitas cargas são de torsão em vez de cisalhamento puro
7 Um dos testes mais comuns de tensãodeformação é realização em tração Pode ser usado para determinar várias propriedades mecânicas
8 O cálculo da tensão de engenharia é dada com base na área da seção transversal original, antes de ocorrer qualquer deformação; e não leva em consideração essa redução de área apresentada ;
9 Torna-se necessário o cálculo da tensão verdadeira, a qual é calculada com base área da seção transversal instantânea onde a deformação está ocorrendo
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12 Testes de tensão de compressão- deformação podem ser conduzidos se as forças em serviço forem deste tipo Similar a um teste de tração, exceto que a força é compressiva e a amostra se contrai ao longo da direção da tensão
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14 Para testes realizados usando uma força cisalhante. A tensão cisalhante τ calculada de acordo com a relação τ = F / Ao - F é a carga ou força imposta paralelamente às faces superior e inferior, cada uma das quais tem uma área de Ao
15 A deformação cisalhante γ definida como a tangente do ângulo de deformação θ As unidades para tensão de cisalhamento e deformação de cisalhamento são as mesmas daquelas das suas contrapartes de tração
16 O grau de deformação de uma estrutura depende da tensão que lhe é imposta; A tensão e a deformação são proporcionais de acordo com a seguinte relação σ= E ε E Módulo de Elasticidade ou Módulo de Young
17 Essa relação é a Lei de Hooke O processo no qual a deformação é proporcional a tensão é chamado de deformação elástica O gráfico da tensão x deformação é linear
18 A deformação elástica acontece independente do tempo; Uma tensão aplicada produz uma deformação elástica instantânea, que permanece constante durante o período de tempo em que a tensão é mantida;
19 Inclinação = Módulo de elasticidade
20 Para a maioria dos materiais existirá também deformações elásticas que dependem do tempo, ela permanecerá após a aplicação da tensão e precisará de um tempo finito para completa recuperação.
21 No caso de alguns materiais como o concreto e alguns polímeros a parte elástica da curva tensão x deformação não é linear; Para esses comportamentos normalmente utiliza-se o modulo tangente ou o modulo secante.
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23 A deformação elástica é manifestada através de pequenas alteração no espaçamento interatômico e no alongamento das ligações. Módulo de elasticidade é a medida da resistência a separação dos átomos adjacentes. Proporcional a inclinação da curva força interatômica x separação interatômica no ponto de equilíbrio:
24 A curva abaixo representa a força x separação para materiais tanto com ligações fortes como fracas.
25 As diferenças entre os módulos de elasticidade de diferentes tipos de materiais, como polímeros, metais e cerâmicas, são consequência dos diferentes tipos de ligações atômicas. O modulo de elasticidade diminui com o aumento de temperatura.
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27 Comportamento elástico que depende do tempo, e é devido a processos microscópicos e atomísticos dependentes do tempo que acompanham a deformação;
28 Para os metais, a componente elástica normalmente é pequena, sendo frequentemente desprezada
29 Quando uma tensão de tração é imposta sobre amostra de metal, um alongamento elástico e sua deformação correspondente Ɛz resultam na tensão aplicada, conforme a figura:
30 Se a tensão aplicada for uniaxial (apenas na direção z), e o material for isotrópico, então Ɛx= Ɛy. v x z y z Variam na faixa de 0,25 até 0,35.
31 Para materiais isotrópicos, os módulos de cisalhamento e elasticidade, estão relacionados entre si: E 2G(1 v) G vale aproximadamente 0,4E
32 Muitos materiais são elasticamente anisotrópicos; isto é, o comportamento elástico (por exemplo, a magnitude de E) varia com a direção cristalográfica
33 Para estes materiais as propriedades elásticas são completamente caracterizadas apenas pela especificação de várias constantes elásticas.
34 Para a maioria dos materiais metálicos, o regime elástico se mantém até deformações de aproximadamente 0,005. À medida que o material continua a ser deformado além desse ponto, a tensão deixa de ser proporcional à deformação e, portanto, a lei de Hooke não mais será obedecida
35 Uma deformação permanente e não recuperável denominada deformação plástica.
36 A deformação plástica ocorre devido à ruptura de ligações com os átomos vizinhos originais, seguida da formação de ligações com os novos átomos vizinhos. Mesmo que a tensão causadora da deformação seja removida, os átomos não retornarão às suas posições originais.
37 Para a maioria dos materiais metálicos, a transição do comportamento elástico para o plástico é gradual, ocorrendo uma curvatura no ponto de surgimento da deformação plástica, a qual aumenta mais rapidamente com a elevação de tensão.
38 No caso de sólidos cristalinos, a deformação ocorre segundo um processo chamado de escorregamento (ou deslizamento), que envolve o movimento de discordâncias.
39 Em sólidos não-cristalinos, bem como em líquidos, o processo de deformação ocorre de acordo com um mecanismo de escoamento viscoso.
40 Tensão necessária para a deformação plástica aumentar até um determinado valor máximo e então diminui até a fratura do material Limite de escoamento é a tensão necessária para iniciar a deformação plástica de um material tracionado
41 Ductibilidade é o grau de deformação plástica que foi suportado até a fratura Como alongamento percentual (%L) > medida de deformação plástica na fratura. %EL = [(lf -l o) / lo] x 10 l f : Comprimento no momento da fratura; l o : Comprimento útil original; Como redução percentual na área (%RA) > percentual de redução na área. %RA = [(A o - Af )/A o] x 100 A o : Área de seção transversal original; A f : Área de seção transversal no ponto da fratura;
42 É a capacidade de um material absorver energia quando é deformado elasticamente e, após a remoção da carga, permitir a recuperação desta energia.
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44 Materiais com limite de escoamento elevado Materiais com módulo de elasticidade pequeno Grande utilização em molas Ensaio de tração uniaxial
45 É a capacidade de um material absorver energia durante o impacto e transformá-la em deformação plástica Materiais com boa ductilidade apresentarão alta tenacidade;
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47 Carros antigos apresentavam resistência e dureza elevadas e tenacidade baixa, quase não amassavam e transferiam a energia do impacto ao motorista
48 A carroceria de carros novos possui elevada tenacidade e transformam a energia do impacto em deformação plástica
49 Carregamento dinâmico tenacidade ao entalhe por meio de ensaio de impacto; Carregamento estático ensaio de tração uniaxial;
50 A tensão verdadeira é calculada com base na área da seção transversal instantânea onde a deformação está ocorrendo Equação da tensão verdadeira: F Carga A i - Área da seção transversal instantânea
51 As tensões e deformações verdadeiras e de engenharia estão relacionadas; Válidas só até o início da estricção, a partir daí a tensão e a deformação verdadeira devem ser calculadas a partir de medidas da carga da área da seção transversal e do comprimento útil real
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53 CALLISTER, William, D. Ciência e Engenharia de Materiais Uma introdução. 7ª ed. Rio de Janeiro: LTC, 2011.
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