Ciencias e tecnologias dos materiais

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16/11/2011

Propriedades Mecânicas
Gilson Amorim

Por que Estudar as Propriedades Mecânicas?

Introdução
• Muitos materiais, quando em serviço, estão sujeitos a forças. Ex.: asa de avião, eixo do carro • O comportamento mecânico do material é a relação entre a deformação a uma força ou carga aplicada • Propriedades mecânicas importantes: resistência, dureza, ductilidade e rigidezIntrodução
• Verificação das propriedades mecânicas se dá através de ensaios em laboratório • Alguns fatores a ser considerados nos ensaios: (1) natureza da carga; (2) duração da sua aplicação; (3) condições ambientais. • Tipos de carga (constante ou flutuante):
– Tração – Compressão – Cisalhamento

• Os ensaios devem ser padronizados

Diagrama Tensão x Deformação

Conceitos de Tensão eDeformação

• Se uma carga é estática ou relativamente lenta no decorre de longo tempo • Carga Uniforme sobre uma seção reta ou a superfície de um membro • É possível expressar o comportamento através de um gráfico Tensão x Deformação • Aplicação de uma carga:
– Tensão – Compressão – Cisalhamento

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Ensaio de Tração

Ensaio de Tração
• Ensaio Tensão-Deformação mais comum • Umaamostra deformada até a ruptura • Carga aumentada gradativamente, aplicada uniaxialmente • Ao longo do eixo maior • Seção reta circular ou retangular • Dimensões: 12,7 mm (diâmetro) x 50,8 mm (comprimento)- padrão

Ensaio de Tração
Alongamento a uma taxa constante Leva vários minutos É um ensaio destrutivo O resultado é armazenado em gráfico ou tabela (carga x alongamento), que depende do corpode prova • Tensão de engenharia: • • • •

Ensaio de Tração
• Onde F é a carga instantânea em newton (N) ou libra (lbf), Ao é a área da seção reta inicial em m2 ou pol2 • Unidade da tensão de engenharia (ou tensão) megapascal Mpa (SI) (onde 1 MPa = 106 N/m2) e libras-força por polegada quadrada, psi • Deformação de engenharia é expressa por

Ensaio de Tração
• Onde é o comprimento original,comprimento instantâneo éo

Ensaios de Compressão

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Ensaios de Compressão
• Semelhante ao de tração, exceto pelo sentido da força • As equações são as mesmas • Por convenção, é uma tensão negativa • São ensaios menos usados que os de tração • Mais utilizados quando se deseja saber comportamento plástico (permanente) • Ex.: material frágil sob tração

Ensaios de Cisalhamentoe de Torção

Cisalhamento

Torção

Ensaios de Cisalhamento
• A tensão cisalhante é dada por

Ensaios de Torção
• É uma variação do cisalhamento, porém as forças de torção provocará rotação em torno do eixo longitudinal de em relação à outra extremidade • Exemplo deste esforço: eixos de máquinas, brocas helicoidais

• Onde F é a força em cada face paralelas de área Ao • A deformaçãocisalhante é definida por

Comportamento Tesão-Deformação
• Para a maioria dos metais a deformação é proporcional à tensão, conforme a lei de Hook

Deformação Elástica Comportamento Tesão-Deformação

• Onde E é o módulo de elasticidade ou módulo de Young • Módulo de elasticidade (E) – Temperatura ambiente:
– Metais: 45 GPa (6,5 x 106 psi) para magnésio, e 407 GPa (59 x 106 psi) – Cerâmicas:entre 70 e 500 GPa – Polímeros: entre 0,007 e 4 GPa

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Tesão-Deformação – Região Elástica
• O processo no qual a tensão e a deformação são proporcionais é chamado de deformação elástica • Quanto maior o E maior a resistência do material à deformação elástica • Quando a carga cessa o material volta às suas dimensões originais • Alguns materiais não têm comportamento linear naregião elástica, não sendo possível determinar o E. Ex.: ferro fundido cinzento, concreto e alguns polímeros

Gráfico Tensão-Deformação (região elástica) - Linear

Tesão-Deformação – Região Elástica
• Para estes materiais utiliza-se os módulos das tangentes ou secantes • Módulo da tangente – coeficiente angular em uma tensão específico • Módulo da secante – coeficiente angular de uma...
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