Ciências dos Materiais Propriedades Mecânicas dos Materiais
IMPORTÂNCIA Aplicações onde são necessárias solicitações mecânicas. Atender as exigências de serviço previstas. POR QUÊ ESTUDAR? A determinação e/ou conhecimento das propriedades mecânicas é muito importante para a escolha do material para uma determinada aplicação, bem como para o projeto e fabricação do componente. As propriedades mecânicas definem o comportamento do material quando sujeitos à esforços mecânicos, pois estas estão relacionadas à capacidade do material de resistir ou transmitir estes esforços aplicados sem romper e sem se deformar de forma incontrolável.
Descrevem o comportamento do material sob carregamento mecânico (tração, compressão, flexão e cisalhamento). Fatores: natureza da carga aplicada, duração da aplicação, condições ambientais. Podem variar com a temperatura, tempo, nível de solicitação, condições climáticas, etc. Medidas através de testes padrões normatizados.
PRINCIPAIS PROPRIEDADES MECÂNICAS Resistência à Tração Elasticidade Ductilidade Resistência ao impacto Fluência Fadiga Dureza Tenacidade
Conceitos de Tensão e Deformação O comportamento mecânico de um material reflete a relação entre a sua resposta (ou DEFORMAÇÃO) a uma carga (ou TENSÃO) que esteja sendo aplicada sobre um corpo fabricado deste material.
As deformações podem ser ELÁSTICAS ou PLÁSTICAS. DEFORMAÇÕES ELÁSTICAS Não são permanentes, isto é, são deformações que desaparecem quando a tensão aplicada é retirada. Dito de outra forma, as deformações elásticas são reversíveis, sendo resultado da ação de forças conservativas. DEFORMAÇÕES PLÁSTICAS são permanentes, isto é, permanecem após a tensão aplicada ser retirada. Deformações plásticas são irreversíveis, sendo acompanhadas por deslocamentos atômicos permanentes.
Tensão- Deformação: TRAÇÃO SIMPLES TRAÇÃO SIMPLES (TENSÃO UNIAXIAL): força aplicada sobre o corpo é perpendicular as suas superfícies. σ = F/A o DEFORMAÇÃO DE ENGENHARIA ε Na deformação por tração, normalmente ocorre: alongamento ao longo do eixo de aplicação da força; contração ao longo dos dois outros eixos.
COEFICIENTE DE POISSON v: E = Módulo de Elasticidade do Material
Tensão- Deformação: CISALHAMENTO SIMPLES Tensão Deformação Módulo de cisalhamento G
Ensaio de tração
Curva Tensão - Deformação
Em uma escala atômica, a DEFORMAÇÃO ELÁSTICA macroscópica é manifestada como pequenas alterações no espaçamento interatômico e na extensão de ligações interatômicas.
Define-se o MÓDULO DE ELASTICIDADE como sendo o coeficiente angular da curva σ vs. ε, na região linear da curva.
Exemplo 1 A figura a mostra uma haste de alumínio com área de seção transversal circular sujeita a um carregamento axial de 10 kn. Se uma porção do diagrama tensão-deformação para o material é mostrada na figura b, determine o valor aproximado do alongamento da haste quando a carga é aplicada. Se a carga for removida, qual e o alongamento permanente da haste? Considere Eal = 70 GPa.
Exemplo 2 Afigura apresenta o diagrama tensão-deformação para uma resina de poliéster. Se a viga rígida for suportada por uma barra AB e um poste CD, ambos feitos desse material, e for submetida à carga P = 80kN, determine o ângulo de inclinação da viga quando a carga for aplicada. O diâmetro da barra é 40 mm, e o diâmetro do poste é de 80mm.
Exemplo 3
Exemplo 2 A montagem mostrada na Figura é composta de três hastes e uma barra rígida ACB. Se uma força de 80 kn é aplicada na extremidade D, determine o deslocamento vertical dos pontos A, B, C e D.