PROPRIEDADES MECÂNICAS RES. 15.1

Propriedade Mecânica é o comportamento do

metal quando submetido a esforços mecânicos.

Exemplos de Propriedades Mecânicas:

 Resistência mecânica;

 Elasticidade;

 Ductilidade;

 Tenacidade;

 Dureza;

 Fluência.

PROPRIEDADES MECÂNICAS

SIGNIFICADO DOS ENSAIOS MECÂNICOS



Certificação Internacional

Exemplos de Ensaios Destrutivos

EXEMPLOS DE ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS

4

Exame Visual

TIPOS DE ESFORÇOS QUE AFETAM OS MATERIAIS

Entre os esforços axiais temos a tração, a compressão e a flexão,

6

Menor momento de inércia Maior flexão

Maior momento de inércia Menor flexão

Momento de Inércia: J_x = y2dA

J_y = x2dA

A = área

Para a mesma área o tubo tem muito mais momento de inércia,

portanto maior resistência á compressão, flexão e torção

x2

y2

x

y

MOMENTO DE INÉRCIA – RESISTÊNCIA À FLEXÃO

Momento de Inércia:

J

=

y

dA

_f = M_t.y = M_t = M_t I I/y W_f

Estruturas tubulares – Momento de Inércia

8

Ligações em

sistemas treliçados com perfis tubulares

(aumento do Momento de Inércia)

Perfis I

Momento de Inércia:

J_x = y2dA

J_y = x2dA

O tubo tem a mesma área da barra, mas maior Momento Inércia.

Tipos de esforços mecânicos

Avaliação: Quais os tipos de solicitações que dependem do Momento de Inércia?

Tração :

Compressão:

Torção:

Cisalhamento:

O MOMENTO DE INÉRCIA

APLICADO NA FLEXÃO É O

MESMO PLICADO NA TORÇÃO?

Momento de Inércia Polar e Áxial

Momento de Inércia Áxial (Flexão)

dA

x y

r

r2 _{= x}2 _{+ y}2

Módulo de Resistência à Flexão, W_f = (Momento de Inércia à Flexão, Jx)

(Distância do eixo neutro à extremidade, y)_{Tensão à Flexão: (Momento Fletor, Mx)} (Módulo de Resistência à Flexão, Wf)

Sem Flexão

Com Flexão

Tensão de Flexão,



:



= M

Telhas Autoportantes Planas

13

A TELAPORT leva a fábrica até a sua obra

tecnologia 100% brasileira, também utilizada na Europa, África e América do Sul, chegando a cobrir mais de 7.000.000 m2

Cobertura com Tecnologia de ponta a seu serviço Suportando sobrecargas de até 140 kg/m2

d - altura do perfil

d´ - altura livre da alma h - altura interna bf - largura da aba tf - espessura da aba tw - espessura da alma R - raio de concordância

Perfis I e H

Perfis Laminados

APLICAÇÃO DE VIGAS: n = 3 (Partes)

TORÇÃO PURA

t = F.d = Mt

J

/y Wt

Wt = ,D

16

Seção circular cheia

Classes de solicitações

VIADUTO DA AV. CAXANGÁ

AVALIAÇÃO:

QUAIS OS MATERIAIS UTILIZADOS?

Cálculo da tensão

A tensão de tração aplicada na peça é dada por:

 = F / S

aplicação dos esforços.

Unidades: 1kf/mm2 _{= 10 N/mm}2 _{= 10 MPa}

1MPa = 145 psi

S₀

F

MEDIÇÃO DA ÁREA TRANSVERSAL

21 Área do círculo =  r2  fórmula correta?

Área do círculo = d2_/4 r

CÁLCULO DA DEFORMAÇÃO

Para cada valor de F, a deformação percentual é dada por:

GRÁFICO FORÇA X DESLOCAMENTO

Quando o gráfico força x deslocamento passa para o gráfico  x  a curva muda ou permanece a mesma? Tensão,  = Força = F Área inicial So Deformação, = l lo F o rç a (k N ) Deslocamento, l (mm) T en sã o ( M P a) Deformação (%)

GRÁFICO TENSÃO X DEFORMAÇÃO DE AÇO DÚCTIL T e n s ã o D e f o r m a ç ã o R u t u r a E s c o a m e n t o R e g i ã o d e d e f o r m a ç ã o p l á s t i c a R e g i ã o d e d e f o r m a ç ã o e l á s t i c a T e n s ã o d e r u t u r a T e n s ã o d e e s c o a m e n t o Tensão máxima

Limite de resistência à tração = Tensão máxima

25

DEFORMAÇÃO ELÁSTICA

 = E.

26

COMPORTAMENTO ELÁSTICO

Módulo de elasticidade ou Módulo de Young

E=

/ 

=Kgf/mm

• _{É o quociente entre a tensão}

aplicada e a deformação elástica resultante.

• _{Está relacionado com a rigidez do}

material ou à resist. à deformação elástica

• _{Está relacionado diretamente com}

as forças das ligações interatômicas

Lei de Hooke:

 = E 



tg  = E

A lei de Hooke só é válida até este ponto

P

Lei de Hooke (descoberta por em 1678 por Sir Robert Hooke) Quanto mais intensas as forças de atração entre os átomos, maior é o módulo de elasticidade E.

27

DEFORMAÇÃO ELÁSTICA E PLÁSTICA

DEFORMAÇÃO ELÁSTICA

• Prescede à deformação plástica • É reversível

• Desaparece quando a tensão é removida

• É praticamente proporcional à tensão aplicada (obedece a lei de Hooke)

DEFORMAÇÃO PLÁSTICA

• É provocada por tensões que ultrapassam o limite de

elasticidade

• É irreversível porque é resultado do deslocamento permanente dos

átomos e portanto não desaparece quando a tensão é removida

28

Módulo de Elasticidade para alguns metais

 Quanto maior o módulo de elasticidade mais rígido é o material

ou menor é a sua deformação elástica quando aplicada uma dada tensão

E médio aço = 21.000 kgf/mm2 210.000 MPa 210 GPa 30x106 _PSI Unidades de Tensão: 1kgf/mm2  10 MPa 1N/mm2 _{= 1 MPa ; 1Pa = 1 N/m}2

1 MPa = 145 PSI ; PSI = lb/in2 MÓDULO DE ELASTICIDADE [E] GPa 106 Psi Magnésio 45 6.5 AlumÍnio 69 10 Latão 97 14 Titânio 107 15.5 Cobre 110 16 Níquel 207 30 Aço 207 30 Tungstênio 407 59

Comparação do comportamento elástico de um aço e do alumínio (Adaptada de ASKELAND & PHULÉ)

E_Aço  E_Alumínio _Alumínio  _Aço

MÓDULO DE ELASTICIDADE

DETERMINAÇÃO DO LIMITE DE ESCOAMENTO

30

Aço de baixo carbono Laminado a quente

LE= Qesc.

So

LE= Qesc.

So

DETERMINAÇÃO DO LIMITE CONVENCIONAL DE ESCOAMENTO

n = 0,2% (deformação residual) para metais e ligas metálicas em geral n = 0,1% para aços ou ligas não ferrosas mais duras

T en s ã o ,  ( M P a) LE Deformação,  (%) 0,2% LR

LE= Qesc.

So

LE= Qesc.

So

LR= Qmáx.

So

LR= Qmáx.

So

LR = Limite de Resistência á Tração Unidades: MPa, kgf/mm2 e PSI

CÁLCULO DO LIMITE DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO

LR LE

Estricção e Limite de Ruptura (mat.s frágeis)

LR= Qmáx.

So

LR= Qmáx.

So

Lrup.= Qrup..

_So

Lrup.= Qrup..

So

DÚCTIL X FRÁGIL

ENSAIO DE TRAÇÃO - DUCTILIDADE

 A ductilidade é a propriedade física dos materiais de suportar a deformação plástica, sob a ação de cargas, sem se romper ou fraturar.

• Cálculo da Ductilidade: Pelo Alongamento

Pela Redução de Área

APLICAÇÃO DE ALONGAMENTO

Suponha que você quer saber qual o alongamento sofrido por um corpo de12 mm que, submetido a uma força axial de

tração, ficou com 13,2 mm de comprimento.

A = L f - L o = 13,2mm – 12mm = 0,1 mm/mm ou 10% Lo 12mm

A unidade mm/mm indica que ocorre uma deformação de 0,1 mm por 1 mm de dimensão do material.

Cálculo da ductilidade pela Redução de Área ou Estricção

 RA(%) = (S₀ – S_f )100 S₀

No caso de corpos de prova cilíndricos S₀ = d₀2 e S f = df2 4 4 RA (%) = /4 (d₀2 –df2)100 = (d 02 – df2)100 /4.d₀2 d 02

PROPRIEDADES DE TRAÇÃO: DUCTILIDADE

 pode ser medida pelo alongamento percentual ou pela redução de área percentual. te n sã o deformaçã o frágil dúctil Alongamento percentual: A % = [(l_f – l₀)/l₀]/x100

Redução de área percentual:

Máquina de Ensaio de Tração da PUC Minas

CP

Célula de carga

AVALIAÇÃO

42

a- Como se determina a Resistência? b- Como se determina a Rigidez?

c- Como se determina a Ductilidade?

Resp. a) LE = Q/So e LR = Qmáx./So.

b) E = /; onde:  = Q/So e  = l/lo. c) Alongamento, A(%) = (lf – lo) 100/lo. LE

LR

AVALIAÇÃO

Qual é a propriedade mecânica no ensaio de

tração mais fácil de determinar e a mais precisa?

Máquina de Tração Universal

LR = Carga máxima Área inicial

LR = Carga máxima Área inicial

A Propriedade Mecânica mais rápida, mais simples e mais precisa de ser obtida é o Limite de Resistência à Tração

LR





ENSAIO DE TRAÇÃO

RESISTÊNCIA À TRAÇÃO:

LR = CARGA MÁXIMA = N/mm2 ÁREA INÍCIAL

Relação Resistência X Tenacidade

Um material dúctil com a mesma resistência de um material frágil irá requerer maior energia para ser rompido e portanto é mais tenaz.

Resistência mecânica é a tensão necessária para romper o material

Tenacidade é a energia necessária para romper o material

Material dúctil Material frágil



(M

p

a)

RESILIÊNCIA E TENACIDADE

47

 x  = Força x distância = Energia

CRASH TEST

48 km/h contra um contâiner de 70 toneladas, o que equivale a uma batida a 100 km/h em outro veículo.

O modelo alemão suportou bem ao impacto: o habitáculo e os bonecos (dummies) continuaram intactos.

Dummies (Estúpidos)

Custa entre US$ 60 000 e US$ 80 000

 O dummy de carne e osso:

 O primeiro dummy tinha sangue

baiano, John Stapp, viveu no Brasil até os 12 anos e depois se tornou médico da Força Aérea dos Estados Unidos.

 Aplicando testes contra se

mesmo, Stapp desenvolveu cintos de Segurança e bancos ejetáveis para aviões.

 Em 1947, o dummy de carne e

osso chegou a bater contra

DETERMINAÇÃO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS À TRAÇÃO DE MATERIAIS METALICOS NBR- 6152

50

NA PRÁTICA INGLÊS NBR- 6152

Deslocamento (l) - Alongamento

Deformação(l/l₀) Deformation Alongamento Percentual

Alongamento (A) Elongation Alongamento Percentual após a ruptura

Limite de Escoamento (LE) ou _r Yield Strength Limite de Escoamento

NORMAS TÉCNICAS - NBR6152 de 10/1992

Materiais metálicos - Determinação das propriedades mecânicas à tração

Determinação do Limite de Escoamento : LE = Carga de Escoamento. Área inicial

Determinação do Limite de Resistência à Tração: LR = Carga Máxima. Área inicial

CURVA TENSÃO X DEFORMAÇÃO

ENSAIO DE TRAÇÃO- AÇO ESTRUTURAL SAE 1020 ou ASTM A 36

LR T en sã o , ( M P a) LE min. 250 400 – 550 LRup, Fase Elástica Fase Plástica Fase de Ruptura P a ta m a r d e E sc o a m e n to E n cr u a m e n to E st ri cç ã o (I n st a b il i d a d e ) LR  LE LRup. Alongamento percentual () A min. 20% em 200mm P at am ar d e E sc o am en to E n cr u am en to E st ri cç ão (I n st ab ili d ad e) LR 

DIMENSIONAMENTO

adm = Tensão admissível (que se admite possível)

PARA ESTRUTURAS METÁLICAS:

ABNT-NBR-8800 Cálculo e execução de estruturas de aço _adm = LE/CS, onde CS (coeficiente de segurança) vale 1,7



= LE/1,7





Para Vasos de Pressão, código ASME-American Society of

Mechenical Engineens, materiais dúcteis e temperaturas dentro da faixa de fluência

Temp. de trabalho ≥ ½ Temp. de fusão do material, o menor dos seguintes valores:

 LR/4  LE/1,6

 Tensão que causa uma deformação de 1% em 100.000 h

Turbina a vapor Esfera

A curva acima representa o diagrama tensão-deformação de um determinado metal. o ponto A foi obtido traçando-se uma reta paralela ao trecho linear do diagrama tensão-deformação, a partir do ponto equivalente a uma deformação igual a 0,002, até interceptar o diagrama tensão-deformação. Esse ponto A corresponde a uma importante propriedade do metal denominada

A ( ) limite de escoamento B ( ) estricção C ( ) limite de resistência D ( ) alongamento E ( ) limite de ruptura Questão de concurso

RESPOSTAS

DEVER DE CASA

LISTA DE XERCÍCIOS – ENSAIOS MECÂNICOS

1º) Ao ensaiar uma barra de alumínio de 22 mm

de diâmetro, cujo 

presumido é de

aproximadamente 25 kg/mm

, qual a escala da

máquina que se deve usar? Suponha uma

máquina de tração com capacidade de 50 tf e

com escalas de 5, 10, 25 e 50 tf.

64

Solução: Qestimada = 25kgf/mm2 x3,14(22mm)2/4

Qestimada = 9.498,5kgf. Usar a escala de 25tf.

2º) Um corpo de prova de aço de baixo carbono recozido de 10,02 mm de diâmetro na parte útil tem alongamento em 50 mm igual a 31% e estricção de 55%. Qual foi a leitura do paquímetro para a determinação do

alongamento (A) e da estricção () desse ensaio de tração? 65 A(%) = (lf –lo)100/lo 31 = (lf - 50)100/50 lf = 65,5mm (%) = (do2 – df2)100/do2 55= (10,022 – df2)100/10,022 df = 6,84mm Solução:

3º) Uma barra de aço e uma barra de alumínio suportam uma força de 453 kg. Se a área da seção transversal da barra de aço é de 645 mm2_{. Qual deve ser a área da seção transversal da barra de alumínio}

para que a deformação elástica seja igual em ambos?

Dados: Eaço = 21.000 kg/mm2 e Ealumínio = 7.500 kg/mm2_.

66

F

F

Alumínio

Solução:

4º) As duas barras abaixo são submetidas a F = 30.000kg, sofrendo o mesmo alongamento. As áreas de suas seções transversais são iguais.

Qual parte da carga é suportada pelo Cu e qual pelo Al? Dados: E_Cu=11000kg/mm2; E Al = 7000kg/mm2. Solução: _Cu = _Alumínio Q _Cu/S _cu = Q_Al/ S_Al ; E_Cu E_Al Q_Cu + Q_Al = E_CU + E_AL Q_Al Q_Cu Q_Al = 11.666.6kg Q_Cu + Q_Al = 30.000kg 30.000 = 11.000 + 7.000 Q_Al 7.000 Q_Cu = 30.000 – 11.666.6 = 18.333.4kg  = E  = /E

5) Um material de um componente de avião foi submetido a um ensaio de tração cujo registro gráfico está representado abaixo.

O diâmetro inicial do corpo de prova (D₀) era de 14 mm e o comprimento de base do transdutor (l₀) era de 70 mm.

O diâmetro final da de estricção (D_f) foi 12 mm. Determine o limite de escoamento do material.

Calcule o limite de resistência à tração. Determine o módulo de elasticidade.

Determine a componente elástica e plástica da deformação para uma força de 5.250 kgf.

SOLUÇÃO: 6º

3,0

5,0

38

38 50-38 = 12 mm

mm mm

6º) Foi realizado um teste de tensão em um corpo de prova de aço com diâmetro original de 12,5 mm e comprimento de referência

de 50 mm. Os dados estão relacionados na tabela. Construir o

diagrama tensão-deformação e determinar aproximadamente o

módulo de elasticidade, o limite de resistência e a tensão de ruptura.

Usar as escalas de 20 mm = 50 MPa e 20 mm = 0,05 mm/mm.

Detalhar a região linear-elástica usando a mesma escala de tensão, porém com escala de 20 mm = 0,001 mm/mm para a deformação.

7°) Um ensaio de tração foi realizado em um corpo de prova de aço ASTM A 36 com diâmetro inicial de

12,77mm, comprimento inicial de 200mm e comprimento final de 244mm. Construir o diagrama Tensão x

Deformação e determinar: a) O Módulo de Elasticidade; b) O Limite de Escoamento:

c) Limite de Resistência à Tração;

d) O Alongamento Percentual após a Ruptura; e) A Resiliência.

Q (kN) _{l (mm)} 0 0 12,8 0,1 25,6 0,2 35,2 0,4 44,8 0,8 48,6 1,2 53,7 1,6 57,6 2,0 64,0 61,0 58,0

-ENADE 2011-TECNOLOGIA EM FABRICAÇÃO MECÂNICA

24) Uma empresa produz componentes para a indústria de construção mecânica. Um dos produtos, o eixo de

transmissão do redutor, é fabricado com o aço AISI 1045 de diâmetro 12,7 mm. Para efeitos de controle de qualidade, todos os lotes recebidos são ensaiados por tração para

avaliar a sua tensão de escoamento e o tipo de fratura, que deve ser dúctil. Como resultado do ensaio realizado no lote n. 20110807, Roberto obteve o diagrama tensão versus

deformação indicado na figura abaixo, e precisa decidir pela liberação ou reprovação desse lote, uma vez que a

especificação de compra do material indica uma tensão de escoamento mínima de 530 MPa e uma tensão última de tração de 625 MPa.

Considerando que o corpo de prova ensaiado possuía um diâmetro de 12,7 mm, indique a decisão a ser tomada.

A O lote pode ser aprovado, pois a tensão de escoamento do corpo de prova ensaiado é de 540 MPa.

B O lote pode ser aprovado, pois a tensão de escoamento do corpo de prova ensaiado é de 639 MPa.

C O lote deve ser reprovado, pois a tensão de escoamento é de 418 MPa, inferior ao indicado na especificação de compra do material.

D O lote deve ser reprovado indiferente do valor obtido no ensaio, pois o gráfico tensão versus deformação indica que ocorreu uma fratura frágil.

E O lote pode ser aprovado, pois a tensão de ruptura do corpo de prova ensaiado é de 529 MPa, muito próximo do valor especificado e dentro do erro de calibração da máquina universal de ensaio. Área inicial, So = 3,14(12.7mm)2 4 S0 = 126,61 mm2 LE = 54,00kN/126,61mm2 LE = 54.000/126,61 = 426,50MPa LR = 81,00kN/126,61mm2 LR = = 639,75MPa

O corpo de prova ensaiado não atende as especificações de compra do material:

Está aprovado no item LR e reprovado no item LE.

ESCALA EM MILÍMETRO COM NÔNIO DIVIDIDO EM 10 PARTES

RESOLUÇÃO: UEF = 1mm = 0,1 mm NDN 10 divisões

DESENHO MECÂNICO

Vista Principal

Vista Lateral Esquerda Planta

Planta