Ensaios Mecânicos

Ensaios Mecânicos

Ensaio de tração

Introdução

O procedimento experimental consiste na aplicação de carga uniaxial crescente em um corpo de prova específico até a ruptura. Trata-se de um ensaio amplamente utilizado na indústria de componentes mecânicos, devido às vantagens de fornecer dados quantitativos das características mecânicas dos matérias.

Os ensaios de tração nos permitem conhecer como os materiais reagem aos esforços de tração, quais os limites de tração que suportam e a partir de que momento se rompem. Durante o ensaio, o corpo de prova é alongado e, ao romper-se, a parcela elástica dessa deformação é recuperada. A deformação que permanece após a ruptura é a plástica.

Esses ensaios são destrutivos, pois o corpo de prova não tem condições de ser reutilizado.

No ensaio de tração, o corpo de prova é fixado pelas extremidades às garras e é sujeitada a um esforço de tração gradualmente crescente, deformando até a ruptura. As deformações são medidas por um extensômetro acoplado à parte útil do CP ou mesmo medidas manualmente após o ensaio, sendo feita diretamente no CP. A força de tensão atua na seção transversal do material.

A aplicação de uma força axial de tração num corpo preso produz uma deformação no corpo, isto é, um aumento no seu comprimento com diminuição da área da seção transversal. Este aumento de comprimento recebe o nome de alongamento.

O ensaio realizado no laboratório foi feito em 3 etapas, na primeira utilizamos um CP cilíndrico e na segunda e terceira foram utilizados CPs planos. Os CPs foram marcados em diferentes pontos para que pudéssemos ter referências e conseguíssemos realizar as medidas corretamente após o ensaio.

Metodologia

Ensaio 1

Utilizado um corpo de prova aço 1020 com as seguintes dimensões

L útil = 81,5mm

a = 12,5mm

b = 3,16

V = 5mm / min

Ensaio 2

L útil = 80,0mm

a = 12,5mm

b= 3,2mm

V = 30mm /min

Método de Ensaio

O método de ensaio segundo a teoria o corpo de prova deve ser preso pelas suas extremidades nas garras de fixação do dispositivo de testes. A máquina de ensaio de tração é projetada para alongar o corpo de prova a uma taxa constante, além de medir contínua e simultaneamente a carga instantânea aplicada e os alongamentos resultantes (usando um extensômetro). A amostra testada é deformada de maneira permanente, sendo geralmente 5

fraturada. O resultado é registrado em um registrador gráfico na forma de carga em função do alongamento, essas características são dependentes do tamanho da amostra.

Evidencias a serem obtidas no Ensaio de Tração:

Relação entre Tensão de Engenharia e Tensão Verdadeira

O valor instantâneo da tensão real para uma carga F, com área instantânea da seção transversal A, foi definido em (10), como F/A.

Para o regime de deformação plástica, o volume do corpo permanece constante, então nesta situação:

que substituído na expressão da tensão (10), resulta:

Levando em conta as expressões da tensão de engenharia S = F/A0 e da deformação de engenharia e, pode-se escrever:

Considerando a deformação total, entre os comprimentos: inicial l0 e final l, de (7), tem-se:

No caso de pequenas deformações, usando desenvolvimento em série e desprezando as potências de ordem superior, chega-se a:

Consequentemente, pode-se concluir, substituindo em (13):

Então as duas tensões são praticamente iguais, para pequenas deformações

Modulo de Rigidez:

O módulo de cisalhamento de um material, também conhecido por módulo de rigidez ou módulo de torção, é definido como a razão entre a tensão de cisalhamento aplicada ao corpo e a sua deformação específica:

onde G é o módulo de cisalhamento em Pa (Pascal),F/A é a tensão de cisalhamento (Pa) e Δx/h é a deformação específica (adimensional).

A tensão de cisalhamento relaciona-se com uma força aplicada paralelamente a uma superfície, com o objetivo de causar o deslizamento de planos paralelos uns em relação aos outros.

O módulo de cisalhamento pode ser medido com o auxílio de uma Balança de Torção, através da relação:

onde K é a constante de torção da balança (adimensional), L o comprimento do fio (mm), e R o raio do fio (mm).

Na condição de material isotrópico o módulo de cisalhamento (G) se relaciona com o módulo de Young (E) e o coeficiente de Poisson(μ) pela seguinte equação:

sendo o coeficiente de Poisson adimensional e o módulo de Young dado em Pa.

Para a maioria dos metais que possuem coeficiente de Poisson de 0,25, G equivale a aproximadamente 0,4E; desta forma, se o valor de um dos módulos for conhecido, o outro pode ser estimado 1

O modulo de cisalhamento para o aço sobre o condicionamento de temperatura ambiente é 75,8 (GPa)²

Modulo de elasticidade

O módulo de Young ou módulo de elasticidade é um parâmetro mecânico que proporciona uma medida da rigidez de um material sólido. É um parâmetro fundamental para a engenharia e aplicação de materiais pois está associado com a descrição de várias outras propriedades mecânicas, como por exemplo, a tensão de escoamento, a tensão de ruptura,