Caracterização dos materiais modulo de youg

Talis Zangerolamo 557978

Paulo Vinícius Neves dos Santos 557897

Julia Flores

Introdução

        Existem diversos métodos para o cálculo do modulo elástico, é possível agrupa-los em dois moldes principais: estáticos e dinâmicos.

        O principal método, o estático, consiste na aplicação de tensão mecânica e monitoramento da deformação do corpo de prova. Contudo, este tipo de ensaio tem a grande desvantagem de ser destrutivo, o que não ocorre no método dinâmico de excitação por impulso, pois sua concepção se baseia na captura de sinal sonoro e tratamento matemático adequado do padrão obtido, extraindo o módulo de elasticidade a partir das frequências naturais de vibração.

Objetivos

O objetivo deste experimento foi caracterizar de forma não destrutiva o módulo de elasticidade dinâmico do corpo de prova em questão por meio da análise de sua frequência natural de vibração com a técnica de excitação por impulso.

Materiais Utilizados

• Corpo de prova
• Paquímetro
• Balança analítica
• Sistema suporte com microfone
• Software Sonelastic®

Procedimento Experimental

Essa técnica baseia-se na análise do sinal sonoro obtido a partir de uma excitação mecânica de uma amostra de geometria conhecida. Assim, o procedimento pode ser dividido em duas partes, sendo essas: caracterização da amostra e análise do sinal sonoro, esse última feito pelo software Sonelastic®. Segue abaixo um fluxograma do procedimento realizado.

[pic 1]

Figura 1: Fluxograma do procedimento de determinação do módulo elástico através da Técnica de Excitação por Impulso.

Caracterização da Amostra

 

O software utilizado exige a entrada da geometria da amostra e de sua massa. Para o desenvolvimento do experimento foi inicialmente selecionado um espécime de forma cilíndrica, sendo medidos em triplicata seu comprimento (mm) e largura (mm) com um paquímetro e sua massa (g) com auxílio de uma balança analítica. A incerteza dos equipamentos e o desvio foram propagados pelo software para o valor final do módulo de Young.

Análises do Sinal Sonoro

Feito isto, preparou-se o equipamento ajustando as linhas de suporte de modo coincidirem com os pontos nodais do corpo de prova, ou seja, a distarem de aproximadamente 44,0mm de cada uma das extremidades do espécime. Além disso, também se posicionou o microfone na região central do suporte com seu fio abaixo das linhas do suporte e sobre estas mesmas linhas fixou-se o corpo de prova de modo a garantir o alinhamento com os pontos nodais.

Posiciona-se a amostra sobre duas hastes, de modo que essas estejam nos pontos das linhas nodais referentes ao modo de vibração. Para isso, devem-se fazer traços que distem 44,0mm do comprimento em relação à extremidade. A Figura 2 mostra a configuração descrita acima. Feito isso, aplica-se um impulso mecânico no centro do corpo de prova utilizando um atuador. Um microfone posicionado abaixo da amostra obtém o som realizado pela excitação. [1]

[pic 2]

Figura 2: Configuração do processo de ensaio de excitação de impulso [adaptado de 1].  

O software do Sonelastic® faz, então, a análise matemática do som emitido. A partir da envoltória do sinal calcula-se o amortecimento. As frequências são usadas para a determinação dos módulos elásticos (incluindo módulo de Young). Esse estudo do sinal sonoro pode está representado na Figura 3 abaixo. Feita a análise, o software retornou os valores de frequência e módulo de Young. Anotaram-se os valores e, então, se repetiu o experimento mais duas vezes, a partir da excitação do impulso.  Tem-se que esses ensaios estão de acordo às normas ASTM E1876, ASTM C1259 e ASTM 1548. [1]

[pic 3]

Figura 3: Análise matemática do sinal sonoro feita pelo Sonelastic®  [adaptado de 1]. 

        

Resultados (spock)

Conclusão(spock)

C) Explique duas propriedades ou características mecânicas ou acústicas que dependem do módulo de Young. Pesquise o Callister ou outra fonte qualquer.

O modulo de Young depende de vários fatores, entre eles temos a velocidade de propagação do som em um material e à tensão de fratura.

A velocidade de propagação do som em um material está relacionada principalmente a dois fatores: a densidade do material e a elasticidade. O fato de a elasticidade estar aqui envolvida se deve à forma como as ondas se propagam através de um meio. Ondas mecânicas, como o som, se propagam através das vibrações das partículas que compõem um determinado material através de uma direção. A elasticidade do meio, isto é, a facilidade com que se movem os átomos do material, dá origem à forças restauradoras que facilitam ou dificultam à passagem da onda. Dessa forma, é possível prever que quanto menor a elasticidade (maior módulo de Young), mais facilmente o som irá se propagar, pois o material oferecerá menos “amortecimento” à passagem do som [4]. A relação conhecida é dada por: