ensaio de torção

ensaio de torção

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10 AULA

Diz o ditado popular: É de pequenino que se torce o pepino! E quanto aos metais e outros materiais tªo usados no nosso dia-a-dia: o que dizer sobre seu comportamento quando submetidos ao esforço de torçªo?

Este Ø um assunto que interessa muito mais do que pode parecer à primeira vista, porque vivemos rodeados por situaçıes em que os esforços de torçªo estªo presentes.

JÆ lhe aconteceu de estar apertando um parafuso e, de repente, ficar com dois pedaços de parafuso nas mªos? O esforço de torçªo Ø o responsÆvel por estragos como esse.

E o que dizer de um virabrequim de automóvel, dos eixos de mÆquinas, polias, molas helicoidais e brocas? Em todos estes produtos, o maior esforço mecânico Ø o de torçªo, ou seja, quando esses produtos quebram Ø porque nªo resistiram ao esforço de torçªo.

A torçªo Ø diferente da compressªo, da traçªo e do cisalhamento porque nestes casos o esforço Ø aplicado no sentido longitudinal ou transversal, e na torçªo o esforço Ø aplicado no sentido de rotaçªo.

O ensaio de torçªo Ø de execuçªo relativamente simples, porØm para obter as propriedades do material ensaiado sªo necessÆrios cÆlculos matemÆticos complexos.

Como na torçªo uma parte do material estÆ sendo tracionada e outra parte comprimida, em casos de rotina podemos usar os dados do ensaio de traçªo para prever como o material ensaiado se comportarÆ quando sujeito a torçªo.

Estudando os assuntos desta aula, vocŒ ficarÆ sabendo que tipo de força provoca a torçªo, o que Ø momento torsor e qual a sua importância, e que tipo de deformaçªo ocorre nos corpos sujeitos a esforços de torçªo. ConhecerÆ as especificaçıes dos corpos de prova para este ensaio e as fraturas típicas resultantes do ensaio.

Introduçªo

Ensaio de torçªo

10 A U L A

10 AULARotaçªo e torçªo

Pense num corpo cilíndrico, preso por uma de suas extremidades, como na ilustraçªo ao lado.

Imagine que este corpo passe a sofrer a açªo de uma força no sentido de rotaçªo, aplicada na extremidade solta do corpo.

O corpo tenderÆ a girar no sentido da força e, como a outra extremidade estÆ engastada, ele sofrerÆ uma torçªo sobre seu próprio eixo. Se um certo limite de torçªo for ultrapassado, o corpo se romperÆ.

VocŒ estÆ curioso para saber por que este esforço Ø importante? Quem sabe uma situaçªo concreta o ajude a visualizar melhor. O eixo de transmissªo dos caminhıes Ø um ótimo exemplo para ilustrar como atua este esforço.

Uma ponta do eixo estÆ ligada à roda, por meio do diferencial traseiro. A outra ponta estÆ ligada ao motor, por intermØdio da caixa de câmbio.

O motor transmite uma força de rotaçªo a uma extremidade do eixo.

Na outra extremidade, as rodas oferecem resistŒncia ao movimento.

Como a força que o motor transmite

Ø maior que a força resistente da roda, o eixo tende a girar e, por conseqüŒncia, a movimentar a roda.

Esse esforço provoca uma deformaçªo elÆstica no eixo, como mostra a ilustraçªo ao lado.

Nossa aula

AULAAnalise com atençªo o desenho anterior e observe que:

•D Ø o diâmetro do eixo e L, seu comprimento; •a letra grega minœscula j (fi) Ø o ângulo de deformaçªo longitudinal;

•a letra grega minœscula q (teta) Ø o ângulo de torçªo, medido na seçªo transversal do eixo; •no lugar da força de rotaçªo, aparece um elemento novo: Mt, que representa o momento torsor.

Veja a seguir o que Ø momento torsor e como ele age nos esforços de torçªo.

Momento torsor

Nªo existe coisa mais chata que um pneu furar na hora errada. E os pneus sempre furam em hora errada! Se jÆ lhe aconteceu de ter de trocar um pneu com uma chave de boca de braço curto, vocŒ Ø capaz de avaliar a dificuldade que representa soltar os parafusos da roda com aquele tipo de chave.

Um artifício simples ajuda a reduzir bastante a dificuldade de realizar esta tarefa: basta encaixar um cano na haste da chave, de modo a alongar o comprimento do braço.

Fica claro que o alongamento do braço da chave Ø o fator que facilita o afrouxamento dos parafusos, sob efeito do momento da força aplicada.

Momento de uma força Ø o produto da intensidade da força (F) pela distância do ponto de aplicaçªo ao eixo do corpo sobre o qual a força estÆ sendo aplicada (C).

Em linguagem matemÆtica, o momento de uma força (Mf) pode ser expresso pela fórmula: Mf = F · C.

De acordo com o Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade de momento Ø o newton metro (Nm).

Quando se trata de um esforço de torçªo, o momento de torçªo, ou momento torsor, Ø tambØm chamado de torque.

AULAPropriedades avaliadas no ensaio de torçªo

A partir do momento torsor e do ângulo de torçªo pode-se elaborar um grÆfico semelhante ao obtido no ensaio de traçªo, que permite analisar as seguintes propriedades:

Estas propriedades sªo determinadas do mesmo modo que no ensaio de traçªo e tŒm a mesma importância, só que sªo relativas a esforços de torçªo.

Isso significa que, na especificaçªo dos materiais que serªo submetidos a esforços de torçªo, Ø necessÆrio levar em conta que o mÆximo torque que deve ser aplicado a um eixo tem de ser inferior ao momento torsor no limite de proporcionalidade.

Corpo de prova para ensaio de torçªo

Este ensaio Ø bastante utilizado para verificar o comportamento de eixos de transmissªo, barras de torçªo, partes de motor e outros sistemas sujeitos a esforços de torçªo. Nesses casos, ensaiam-se os próprios produtos.

Quando Ø necessÆrio verificar o comportamento de materiais, utilizam-se corpos de prova.

Para melhor precisªo do ensaio, empregam-se corpos de prova de seçªo circular cheia ou vazada, isto Ø, barras ou tubos. Estes œltimos devem ter um mandril interno para impedir amassamentos pelas garras do aparelho de ensaio.

Em casos especiais pode-se usar outras seçıes.

Normalmente as dimensıes nªo sªo padronizadas, pois raramente se escolhe este ensaio como critØrio de qualidade de um material, a nªo ser em situaçıes especiais, como para verificar os efeitos de vÆrios tipos de tratamentos tØrmicos em aços, principalmente naqueles em que a superfície do corpo de prova ou da peça Ø a mais atingida.

Entretanto, o comprimento e o diâmetro do corpo de prova devem ser tais que permitam as mediçıes de momentos e ângulos de torçªo com precisªo e tambØm que nªo dificultem o engastamento nas garras da mÆquina de ensaio.

AULAPor outro lado, tambØm Ø muito importante uma centragem precisa do corpo de prova na mÆquina de ensaio, porque a força deve ser aplicada no centro do corpo de prova.

Equipamento para o ensaio de torçªo

O ensaio de torçªo Ø realizado em equipamento específico: a mÆquina de torçªo.

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