[Ensaios Destrutivos e Não Destrutivos] Aula 06 - Ensaio de Cisalhamento

[Ensaios Destrutivos e Não Destrutivos] Aula 06 - Ensaio de Cisalhamento

Prof. BrennoFerreira de Souza –Engenheiro Metalúrgico

Introdução

Pode ser que você não tenha se dado conta, mas já praticou o cisalhamento muitas vezes em sua vida.

Afinal, ao cortar um tecido, ao fatiar um pedaço de queijo ou cortar aparas do papel com uma guilhotina, estamos fazendo o cisalhamento.

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Cisalhamento

No caso de metais, podemos praticar o cisalhamento com tesouras, prensas de corte, dispositivos especiais ou simplesmente aplicando esforços que resultem em forças cortantes.

Ao ocorrer o corte, as partes se movimentam paralelamente, por escorregamento, uma sobre a outra, separando-se.

A esse fenômeno damos o nome de cisalhamento.

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Cisalhamento

Todo material apresenta certa resistência ao cisalhamento.

Saber até onde vai esta resistência é muito importante, principalmente na estamparia, que envolve corte de chapas, ou nas uniões de chapas por solda, por rebites ou por parafusos, onde a força cortante é o principal esforço que as uniões vão ter de suportar.

Serão estudados dois modos de calcular a tensão de cisalhamento:

• realizando o ensaio de cisalhamento • utilizando o valor de resistência à tração do material.

Serão vistos como são feitos os ensaios de cisalhamento de alguns componentes mais sujeitos aos esforços cortantes.

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Esforço Cortante

Nas aulas de ensaios de tração e de compressão foram apresentadas forças aplicadas sobre os corpos de prova ao longo de seus eixos longitudinais:

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Esforço Cortante

No caso do cisalhamento, a força é aplicada ao corpo na direção perpendicular ao seu eixo longitudinal.

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Resistência ao Cisalhamento

Esta força cortante, aplicada no plano da seção transversal (plano de tensão), provoca o cisalhamento.

Como resposta ao esforço cortante, o material desenvolve em cada um dos pontos de sua seção transversal uma reação chamada resistência ao cisalhamento.

A resistência de um material ao cisalhamento, dentro de uma determinada situação de uso, pode ser determinada por meio do ensaio de cisalhamento.

A forma do produto final afeta sua resistência ao

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Ensaio de Cisalhamento

É por essa razão que o ensaio de cisalhamento é mais freqüentemente feito em produtos acabados, tais como pinos, rebites, parafusos, cordões de solda, barras e chapas.

É também por isso que não existem normas para especificação dos corpos de prova.

Quando é o caso, cada empresa desenvolve seus próprios modelos, em função das necessidades.

Neste ensaio normalmente determina-se somente a tensão de cisalhamento, isto é, o valor da força que provoca a ruptura da seção transversal do corpo ensaiado.

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Ensaio de Cisalhamento

Do mesmo modo que nos ensaios de tração e de compressão, a velocidade de aplicação da carga deve ser lenta, para não afetar os resultados do ensaio.

Normalmente o ensaio é realizado na máquina universal de ensaios, à qual se adaptam alguns dispositivos, dependendo do tipo de produto a ser ensaiado.

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Ensaio de Cisalhamento

Para ensaios de pinos, rebites e parafusos utiliza-se um dispositivo como o que está representado simplificadamente na figura ao lado.

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Ensaio de Cisalhamento

O dispositivo é fixado na máquina de ensaio e os rebites, parafusos ou pinos são inseridos entre as duas partes móveis.

Ao se aplicar uma tensão de tração ou compressão no dispositivo, transmite-se uma força cortante à seção transversal do produto ensaiado.

No decorrer do ensaio, esta força será elevada até que ocorra a ruptura do corpo.

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Ensaio de Cisalhamento

No caso de ensaio de solda, utilizam-se corpos de prova semelhantes aos empregados em ensaios de pinos. Só que, em vez dos pinos, utilizam-se junções soldadas.

Para ensaiar barras, presas ao longo de seu comprimento, com uma extremidade livre, utilizase o dispositivo ao lado

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Ensaio de Cisalhamento

No caso de ensaio de chapas, emprega-se um estampo para corte, como o que é mostrado a seguir.

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Tensão de Cisalhamento

A tensão de cisalhamento será aqui identificada por TC.

Para calcular a tensão de cisalhamento, usamos a fórmula onde F representa a força cortante e S representa a área do corpo.

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Exemplo

Observe o desenho a seguir. Ele mostra um rebite de 20mm de diâmetro que será usado para unir duas chapas de aço, devendo suportar um esforço cortante de 29400 N.

• Qual a tensão de cisalhamento sobre a seção transversal do rebite?

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Exemplo

O primeiro passo consiste em calcular a área da seção transversal do rebite, que é dada pela fórmula:

Então, a área da seção do rebite é:

Agora, basta aplicar a fórmula para o cálculo da tensão de cisalhamento:

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Tensão de Tração e de Cisalhamento

A realização de sucessivos ensaios mostrou que existe uma relação constante entre a tensão de cisalhamento e a tensão de tração.

Na prática, considera-se a tensão de cisalhamento (TC) equivalente a 75% da tensão de tração (T).

Em linguagem matemática isto é o mesmo que:

TC = 0,75 T

É por isso que, em muitos casos, em vez de realizar o ensaio de cisalhamento, que exige os dispositivos já vistos, utilizam-se os dados do ensaio de tração, mais facilmente disponíveis.

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Exercício Prático

O conhecimento da relação entre a tensão de cisalhamento e a tensão de tração permite resolver inúmeros problemas práticos, como o cálculo do número de rebites necessários para unir duas chapas, sem necessidade de recorrer ao ensaio de cisalhamento.

Supondo que seja necessário unir duas chapas, como mostra a ilustração a seguir.

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Exercício Prático

No exemplo que estamos analisando, sabemos que:

•as chapas suportarão uma força cortante (F) de 20.0 N •o diâmetro (D) de cada rebite é de 4mm

•a tensão de tração (T) suportada por cada rebite é 650 MPa

Calcule a quantidade de rebites necessários para unir a chapa sem sofrer o cisalhamento.

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Exercícios

paralelamente poruma sobre a outra.

1. No cisalhamento, as partes a serem cortadas se movimentam

força

2. A força que faz com que ocorra o cisalhamento é chamada de

normalmente são adaptados na máquina

3. Os dispositivos utilizados no ensaio de cisalhamento,

4. Um rebite é usado para unir duas chapas de aço. O diâmetro do rebite é de 6mm e o esforço cortante é de 10.0 N. Qual a tensão de cisalhamento no rebite?

5. Duas chapas de aço deverão ser unidas por meio de rebites.

Sabendo que essas chapas deverão resistir a uma força cortante de 30.0 N e que o número máximo de rebites que podemos colocar na junção é 3, qual deverá ser o diâmetro de cada rebite? (A tensão de tração do material do rebite é de 650 Mpa).

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Niquelândia, 2011 brenno.senai@sistemafieg.org.br 21

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