Ensaio de Materiais

Ensaio de Materiais

Introdução5
Tração6
Compressão8
Torção9
Flexão10
Cisalhamento12

Introdução

Todo projeto de um componente mecânico, ou, mais amplamente, qualquer projeto de engenharia, requer, para sua viabilização, um vasto conhecimento das características, propriedades e comportamento dos materiais disponíveis. Os critérios de especificação ou escolha de materiais impõem, para a realização dos ensaios, métodos normalizados que objetivam levantar as propriedades mecânicas e seu comportamento sob determinadas condições de esforços. Essa normalização é fundamental para que se estabeleça uma linguagem comum entre fornecedores e usuários dos materiais, já que é prática comum a realização de ensaios de recebimento dos materiais encomendados, a partir de uma amostragem estatística representativa do volume recebido.

Finalidade dos Ensaios em Materiais:

•Permitir a obtenção de informações rotineiras do produto – ensaios de controle: no recebimento de materiais de fornecedores e no controle final do produto acabado.

•Desenvolver novas informações sobre materiais – no desenvolvimento de novos materiais, de novos processos de fabricação e de novos tratamentos.

Tração.

Consiste na aplicação de carga de tração uniaxial crescente em um corpo-de-prova específico até a ruptura. Mede-se a variação no comprimento(l) como função da carga(P). Trata-se de ensaio amplamente utilizado na indústria de componentes mecânicos, devido à vantagem de fornecer dados quantitativos das características mecânicas dos materiais. Entre as principais, destacam-se: limite de resistência a tração, limite de escoamento, módulo de elasticidade, módulo de resiliência, módulo de tenacidade, ductibilidade, coeficiente de resistência e coeficiente de encruamento. O ensaio de tração é bastante utilizado como teste para o controle das especificações da entrada de matéria-prima. Os resultados fornecidos pelo ensaio de tração são fortemente influenciados pela temperatura, pela velocidade de deformação. Pela anisotropia do material, pelo tamanho do grão, pela porcentagem de impurezas, bem como pelas condições ambientais.

I – Região de Deformação Elástica I – Região de Deformação Plástica A – Limite de Proporcionalidade, ou seja, tensão máxima sem que surja deformação plástica. B – Limite de Escoamento, ou seja, tensão necessária para produzir uma certa deformação arbitrária (0,2%). C – Nível de tensão em que o material começa a oferecer resistência adicional ao aumento de carga acarretando um acréscimo de tensão para um aumento da deformação. D – Tensão Máxima E/F – Tensão de Ruptura

(d) - Tração Uniaxial Dadas Formulas:

Deformação Elástica: =E⋅ σ –Tensão E –Modulo de Elasticidade (Modulo de Young). ε − Deformação

Tensão:

σ –Tensão F – Força aplicada A – Área

Deformação:

ε –Deformação

∆L –Variação de Comprimento L0 – Comprimento inicial

Compressão.

É a aplicação de carga compressiva uniaxial em um corpo-de-prova. A deformação linear obtida pela medida da distância entre as placas que comprimem o corpo versus a carga de compressão consiste na resposta desse tipo de ensaio, basicamente utilizado nas industrias de construção civil e de materiais cerâmicos. Além disso, fornece resultados da análise estatística, permitindo quantificar o comportamento mecânico do concreto, da madeira, dos compósitos e de materiais de baixa ductibilidade(frágeis). Na indústria de conformação, o ensaio de compressão é utilizado para parametrizar condições de processos que envolvam laminação, forjamento, extrusão e semelhantes. Os resultados numéricos obtidos no ensaio de compressão são similares aos obtidos no ensaio de tração. Os resultados de ensaio são influenciados pelas mesmas variáveis do ensaio de tração (temperatura, velocidade de deformação, anisotropia do material, tamanho do grão, porcentagem de impurezas e condições ambientais). Contudo, a utilização na industria de construção civil(concreto) deve levar em conta o teor de água contidos nos corpos-de-prova.

Torção.

Consiste na aplicação de carga rotativa em um corpo-de-prova geralmente de geometria cilíndrica. Mede-se ângulo de deformação como função do momento torsor aplicado. Esse ensaio é amplamente utilizado na indústria de componentes mecânicos, como motores de arranque, turbinas aeronáuticas, rotores de máquinas pesadas e outros, principalmente por ter a vantagem de fornecer dados quantitativos das características mecânicas dos materiais que compõem o eixo, particularmente as tensões de cisalhamento. Entre os principais resultados do ensaio, destacam-se: limite de escoamento à torção, módulo de ruptura à torção e módulo de elasticidade transversal. O ensaio de torção não é indicado como um teste para o controle de especificações de entrada de matéria-prima. Os resultados fornecidos pelo ensaio são fortemente influenciados pela temperatura, pela anisotropia do material, pelo tamanho de grão, pela porcentagem de impurezas, pelo tipo de tratamento térmico sofrido, bem como pelas condições ambientais e geométricas.

Torção de uma chave de fenda devido a um torque T aplicado no cabo.

Exemplos de barras em torção: Hastes, eixos, eixos propulsores, hastes de direção e brocas de furadeiras. Caso idealizado do carregamento de torção.

Flexão.

Consiste na aplicação de uma carga crescente em determinados pontos pontos de uma barra de geometria padronizada. Mede-se o valor da carga versus a deformação máxima. É um ensaio muito utilizado na industrias de cerâmicos e metais duros, como ferro fundido, aço ferramenta e aço rápido, pois fornece dados quantitativos da deformação desses materiais, quando sujeitos a cargas de flexão. Os materiais dúcteis, quando sujeitos a esse tipo de carga, são capazes de absorver grandes deformações, ou dobramento, não fornecendo resultados quantitativos confiáveis. Nesses casos, utiliza-se o ensaio de dobramento. Existem dois tipos principais desse ensaio: o ensaio de flexão em três pontos e o ensaio de flexão em quatro pontos. Os principais resultados do ensaio são: módulo me ruptura na flexão, módulo de elasticidade, módulo de resiliência, módulo de tenacidade. É um ensaio bastante empregado para o controle das especificações mecânicas dos componentes. Os resultados fornecidos pelo ensaio de flexão podem variar com a temperatura, a velocidade da aplicação da carga, os defeitos superficiais e as características microscópicas e, principalmente, com a geometria da seção transversal da amostra.

Flexão em uma viga engastada: (a) Viga com carregamento (b) Curva de deflexão.

Dadas Formulas: Medida de quão intensamente a viga é flexionada:

κ= Curvatura é definida como o inverso do raio de curvatura. ρ= Raio de curvatura

Cisalhamento.

Consiste na utilização de 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. 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.

Sob a ação de forças de tração P, a barra e a junta irão exercer uma pressão cortante contra o parafuso, e as tensões de contato, chamadas de tensões cortantes, serão criadas. A barra e a junta tendem a cisalhar o parafuso(cortá-lo). Essa tendência é resistida por tensões de cisalhamento no parafuso.

Dadas Formulas: Tensão Cortante Média:

A

τ − Tensão Média Cortante F - Força cortante total A - Área cortante:é a área projetada da superfície cortante .

Cisalhamento duplo:

Méd=V A

Falha de um parafuso em cisalhamento simples. Falha de um parafuso em cisalhamento simples.

Conclusão

O ensaio de materiais é importante para determinar as características dos materiais. Fundamentais para o dimensionamento dos elementos estruturais. O ensaio é uma observação do comportamento de um material quando submetido à ação de agentes externos como esforços e outros. Os ensaios são padronizados, em geral definidos por normas, de forma que seus resultados sejam significativos para cada material e possam ser facilmente comparados. Os ensaios adquirem paulatinamente importância pela precisão e comparação entre materiais, sendo necessário para a segurança e rendimento de obras e equipamentos.

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