Comportamento dos Materiais: Propriedades e Testes

COMPORTAMENTO DE MATERIAIS Wanessa Letícia de Oliveira Miranda Comportamento de Materiais 2 Olá aluno a Unifacear Seja bemvindo a à aula de Comportamento de Materiais Fonte Adaptado de Pexels 2022 Na imagem acima apresento a vocês estruturas de aço estruturas de concreto e alvenaria Nesse tópico vamos aprender a respeito do comportamento dos materiais e como podemos testar esses materiais O conhecimento do comportamento dos materiais é fundamental para escolher de forma correta o material para um determinado projeto ou uma fabricação de um componente Comportamento de Materiais 3 INTRODUÇÃO As propriedades dos materiais são as mais diversas levando a diferenciar qualquer material Conhecer eou escolher as propriedades dos materiais é fundamental assim como para o projeto e fabricação de um componente específico As propriedades mecânicas determinam como o material irá se comportar quando é sujeitado à esforços mecânicos levando em consideração que estas têm relação com a capacidade do material resistir ou transmitir os esforços aplicados sem romper e sem deformar de uma maneira sem controle Normalmente as propriedades mecânicas dos materiais são determinadas através de testes de amostras por meio de condições controladas Podemos controlar por exemplo a temperatura umidade do ar carga aplicada etc nos ensaios Quando não é possível realizar ensaios para testar o material ou realizar um protótipo como algumas empresas fazem como o caso das empresas automobilísticas usamos as normas Essas normas foram criadas por diversas associações e definiram um modelo e método de testes para uma diversidade de medidas de propriedades dos materiais ABNT ASTM DIN Uma escolha inapropriada dos materiais pode causar grandes falhas em projetos PROPRIEDADES E COMPORTAMENTO DOS MATERIAIS Comportamento de Materiais 4 Os materiais podem ser classificados em metálicos e não metálicos e subdivididos em Metálicos Ferrosos aços e ferro fundidos Não ferrosos cobre titânio e alumínio Não metálicos Orgânicos madeira couro papel e borracha Não orgânicos minerais cimentos cerâmicos e vidro Para conhecer o comportamento dos materiais precisamos conhecer quais as propriedades que os materiais têm então vamos conhecer algumas delas Materiais homogêneos são os materiais que possuem as mesmas propriedades físicas e mecânicas em todo o seu volume Materiais isotrópicos são os materiais que possuem as mesmas propriedades em todas as direções Outras propriedades dos materiais são Físicas as propriedades físicas são propriedades especificas de uma matéria específica e ela pode ser observada quando existe uma ação mecânica ou do calor Exemplo ponto de fusão ponto de ebulição calor específico permeabilidade Químicas são as propriedades que se referem a composição química da matéria dizem respeito a capacidade que a substância tem em se transformar em outra através de reações químicas Térmicas são a resposta do material quando sofre aplicação de calor e tendo esse conhecimento é possível realizar alterações apropriadas nas características térmicas eou mecânicas para deixar um material específico mais resistente para sua aplicação Magnéticas essa propriedade é a capacidade que um objeto tem de atrair outros objetos Os materiais que naturalmente apresentam propriedades magnéticas são chamados de ímãs mas também existem a possibilidade de repulsão entre eles Elétricas podem ser condutores e isolantes Os condutores permitem a movimentação dos elétrons possuindo baixa resistência a corrente elétrica e os isolantes dificultam a movimentação dos elétrons possuindo alta resistência a passagem de corrente elétrica Exemplos de isolantes borracha Plástico vidro e a cerâmica Exemplos de condutores cobre e estanho Comportamento de Materiais 5 Resiliência é a habilidade de um material absorver energia no regime elástico assim quando o material parar de sofrer a deformação elástica a resiliência garante a liberação da energia absorvida durante o carregamento e o material volta ao estado de origem Tenacidade é a habilidade que um material tem de absorver energia até sua fratura incluindo o regime plástico Representa também a capacidade de suportar tensões maiores que a tensão de escoamento de um material Mecânicas as propriedades mecânicas refletem a relação entre sua resposta ou deformação a uma carga ou forca que esteja sendo aplicada ENSAIOS Existem diversos ensaios iremos estudar os que normalmente são realizados na determinação das propriedades dos materiais utilizados na construção Ensaio de Tração O ensaio de tração é um dos mais relevantes para determinar as propriedades mecânicas Para realizar o ensaio um corpo de prova é submetido à uma carga de tração constante e lentamente a partir da ação desta força o corpo de prova inicia o processo de deformação a deformação progressiva do corpo de prova faz gera uma diminuição da área da seção transversal de tal forma que este não suporta a carga aplicada e acontece a ruptura Figura 1 Representação de um ensaio de tração Comportamento de Materiais 6 Fonte Biopdi 2022 No ensaio de tração uma curva se relaciona a carga aplicada σtensão e o alongamento do corpo de prova εdeformação Nesta curva algumas propriedades do material podem ser determinadas como Máxima tensão e deformação Tensão e deformação de fratura Tensão de escoamento Limite de proporcionalidade e de elasticidade Módulo de elasticidade Resiliência e tenacidade Comportamento de Materiais 7 Figura 2 Gráfico Tensão x Deformação Fonte HIBBELER H C Resistência dos Materiais 10ª Edição O quadro abaixo mostra as diferenças entre a fase Elástica e a Plástica Elástica Plástica Precede à deformação plástica É reversível Desaparece quando a tensão é removida É provocada por tensões que ultrapassam o limite de elasticidade É irreversível porque é resultado do deslocamento permanente ou seja não desaparece quando a tensão é removida Ensaio de Compressão O esforço compressão pode ser observado em estruturas que servem como suportes bases barramentos etc Muitas vezes um projeto a exigência que se exige é a resistência à compressão e neste caso o material deve possuir uma boa resistência à compressão e que não deforme com facilidade e que assegure boa precisão dimensional quando solicitado por esses esforços Comportamento de Materiais 8 Figura 3 Ensaio de Compressão a material dúctil e b material frágil Fonte Biopdi 2022 Para realizar o ensaio os corpos de prova usados normalmente são cilindros e que o comprimento não seja maior que 6 vezes o diâmetro evitando assim a flambagem Algumas normas determinam um tempo de ensaio de forma a evitar o auto esmagamento do equipamento Ensaio de Flexão Nesse ensaio uma barra apoiada nas extremidades como uma viga é carregada transversalmente no centro de seu comprimento até a falhar É importante conhecer o comportamento do material quando submetido a esforços de flexão Atenção se a força provoca apenas uma deformação elástica temos um esforço de flexão Quando acontece uma deformação plástica temos um esforço de dobramento Flexão e dobramento são etapas diferentes da aplicação de um mesmo esforço sendo a flexão relacionada à fase elástica e o dobramento à fase plástica Figura 4 Ensaio de Flexão a ensaio de flexão 3 pontos e b ensaio de flexão 4 pontos Comportamento de Materiais 9 Fonte Biopdi 2022 No ensaio de flexão quando o material é dúctil não ocorre ruptura e a falha ocorre por escoamento enquanto se o material for frágil a viga irá se romper Figura 5 Ensaio de Flexão a material dúctil e b material frágil Fonte Miranda 2022 Ensaio de Torção Nesse ensaio os corpos de prova são circulares e são submetidos a esforços de torção até acontecer o rompimento com o objetivo de se obter as propriedades de cisalhamento Normalmente o corpo de prova é marcado por uma linha de longitudinal para facilitar a determinação do ângulo de rotação antes da ruptura Figura 6 Equipamento utilizado no ensaio de torção Fonte Biopdi 2022 Ensaio de Dureza Comportamento de Materiais 10 Podemos definir a dureza como a capacidade de resistir à deformação permanente seja por penetração absorção de energia sob carga dinâmica resistência à ação do risco à abrasão ou ao corte A dureza permite avaliar as condições de fabricação do material como foi realizado o tratamento das ligas metálicas e as diferenças estruturais locais Os penetradores normalmente são feitos de metal duro aço temperado ou diamante Figura 7 Equipamento utilizado no ensaio de dureza Fonte Biopdi 2022 Vejamos agora algumas fórmulas importantes que são usadas nos cálculos Tensão Onde F é a carga aplicada Ao é a área inicial da seção transversal do corpo de prova Deformação l e lo comprimento medido sob a ação da força e o inicial Estricção A e Ao são a área medida sob a ação da forca e a inicial Comportamento de Materiais 11 Módulo de elasticidade O módulo de elasticidade é a relação razão entre a tensão aplicada e a deformação elástica resultante Essa região se interrompe no limite de proporcionalidade e é válida a lei de Hooke Lei de Hooke A Lei de Hooke possui esse nome devido ao cientista inglês chamado Robert Hooke 16351703 A Lei de Hooke é uma lei da física que define qual a deformação que um corpo elástico sofre por meio de uma força Vamos pensar em uma mola Quando esticamos uma mola ela pratica uma força contrária ao movimento realizado Desta forma quanto maior a força que for aplicada na mola maior também será sua deformação Em contrapartida se não existe força agindo sobre a mola dizemos que a mola está em equilíbrio A fórmula da Lei de Hooke é onde F força aplicada sobre o corpo elástico K constante elástica x variável independente também chamada de deformação sofrida A variação da deformação sofrida x pode ser indicada por Δl L L0 Sendo L é o comprimento final da mola e L0 o comprimento inicial F é medida em Newton N K em Newton por metro Nm x ou Δl em metros m RESUMO Comportamento de Materiais 12 Caro aluno nessa aula você aprendeu as propriedades e comportamento dos materiais gráficos diferenças comparações os tipos de ensaios tração compressão flexão torção algumas fórmulas importantes que são usadas nos cálculos Bons estudos Comportamento de Materiais 13 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASSAN Aloisio Ernesto Resistência dos materiais São Paulo Unicamp 2010 449 p HIBBELER Russel Charles Resistência dos Materiais 10 Ed 768 Páginas Pearson ISBN 9788543024998 HIBBELER R C Resistência dos Materiais 7 Ed 660 PáginasPearson ISBN 9788576053736