Baixe Aula 10: Ensaio de Torção, Ensaios de Materiais (Telecurso 2000) e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Mecânica, somente na Docsity! 10 A U L A Diz o ditado popular: É de pequenino que se torce o pepino! E quanto aos metais e outros materiais tão usados no nosso dia-a-dia: o que dizer sobre seu comportamento quando submetidos ao esforço de torção? Este é um assunto que interessa muito mais do que pode parecer à primeira vista, porque vivemos rodeados por situações em que os esforços de torção estão presentes. Já lhe aconteceu de estar apertando um parafuso e, de repente, ficar com dois pedaços de parafuso nas mãos? O esforço de torção é o responsável por estragos como esse. E o que dizer de um virabrequim de automóvel, dos eixos de máquinas, polias, molas helicoidais e brocas? Em todos estes produtos, o maior esforço mecânico é o de torção, ou seja, quando esses produtos quebram é porque não resistiram ao esforço de torção. A torção é diferente da compressão, da tração e do cisalhamento porque nestes casos o esforço é aplicado no sentido longitudinal ou transversal, e na torção o esforço é aplicado no sentido de rotação. O ensaio de torção é de execução relativamente simples, porém para obter as propriedades do material ensaiado são necessários cálculos matemáticos complexos. Como na torção uma parte do material está sendo tracionada e outra parte comprimida, em casos de rotina podemos usar os dados do ensaio de tração para prever como o material ensaiado se comportará quando sujeito a torção. Estudando os assuntos desta aula, você ficará sabendo que tipo de força provoca a torção, o que é momento torsor e qual a sua importância, e que tipo de deformação ocorre nos corpos sujeitos a esforços de torção. Conhecerá as especificações dos corpos de prova para este ensaio e as fraturas típicas resultantes do ensaio. Introdução Ensaio de torção 10 U L A 10 A U L A Rotação e torção Pense num corpo cilíndrico, preso por uma de suas extremidades, como na ilustração ao lado. Imagine que este corpo passe a sofrer a ação de uma força no sentido de rotação, aplicada na extremidade solta do corpo. O corpo tenderá a girar no sentido da força e, como a outra extremidade está engastada, ele sofrerá uma torção sobre seu próprio eixo. Se um certo limite de torção for ultrapassado, o corpo se romperá. Você está curioso para saber por que este esforço é importante? Quem sabe uma situação concreta o ajude a visualizar melhor. O eixo de transmissão dos caminhões é um ótimo exemplo para ilustrar como atua este esforço. Uma ponta do eixo está ligada à roda, por meio do diferencial traseiro. A outra ponta está ligada ao motor, por intermédio da caixa de câmbio. O motor transmite uma força de rotação a uma extremidade do eixo. Na outra extremidade, as rodas oferecem resistência ao movimento. Como a força que o motor transmite é maior que a força resistente da roda, o eixo tende a girar e, por conseqüência, a movi- mentar a roda. Esse esforço provoca uma deformação elástica no eixo, como mostra a ilustração ao lado. Nossa aula 10 A U L APor outro lado, também é muito importante uma centragem precisa do corpo de prova na máquina de ensaio, porque a força deve ser aplicada no centro do corpo de prova. Equipamento para o ensaio de torção O ensaio de torção é realizado em equipamento específico: a máquina de torção. Esta máquina possui duas cabeças às quais o corpo de prova é fixado. Uma das cabeças é giratória e aplica ao corpo de prova o momento de torção. A outra está ligada a um pêndulo que indica, numa escala, o valor do momento aplicado ao corpo de prova. Fraturas típicas O aspecto das fraturas varia conforme o corpo de prova seja feito de material dúctil ou frágil. Os corpos de provas de materiais dúcteis apresentam uma fratura segundo um plano per- pendicular ao seu eixo longitudinal. Para materiais frágeis, a fratura se dá segun- do uma superfície não plana, mas que corta o eixo longitudinal segundo uma linha que, projetada num plano paralelo ao eixo, forma 45º aproxima- damente com o mesmo (fratura helicoidal). 10 A U L A Certamente os assuntos que você acabou de estudar estão longe de esgotar a literatura disponível sobre este tipo de ensaio. Dependendo de sua área de trabalho e especialidade, será necessário um aprofundamento. Por ora, resolva os exercícios a seguir, para verificar se os conceitos gerais foram bem entendidos. Exercício 1 Um corpo cilíndrico está sob ação de uma força de torção de 20 N, aplicada num ponto situado a 10 mm do centro da sua seção transversal. Calcule o torque que está atuando sobre este corpo. Exercício 2 No diagrama abaixo, escreva: A no ponto que representa o limite de escoamento; B no ponto que representa o limite de proporcionalidade; C no ponto que representa o momento de ruptura; D no ponto que representa o momento máximo. Exercício 3 O material frágil, ao ser fraturado na torção, apresenta: a) ( ) fratura idêntica ao material dúctil; b) ( ) fratura perpendicular ao eixo do corpo de prova; c) ( ) fratura formando ângulo aproximado de 45ºcom o eixo do corpo de prova; d) ( ) fratura em ângulo diferente de 45º com o eixo do corpo de prova. Exercício 4 O ensaio de torção é realizado .................................... . a) ( ) na máquina universal de ensaios; b) ( ) na prensa hidráulica; c) ( ) em equipamento especial para o ensaio; d) ( ) em dispositivo idêntico ao do ensaio de tração. Exercício 5 Observe seu ambiente de trabalho e cite três exemplos de equipamentos ou produtos onde o esforço de torção é o principal. Exercícios