Relatorio Fotoelaticidade

RESUMO

Este trabalho apresenta o ensaio de fotoelasticidade sua importância e beneficios. Foram demonstrados corpos de provas diferentes para analise das regiões de concentração de tensoes. Utilizou-se um polariscopio para tal fim. De acordo com a comparação de metodos, conclui-se que que o método de fotoelasticidade se apresenta mais preciso para o calculo tensões em regiões criticas

Palavras-chave: Fotoelasticidade;  concentração de tensoes;

SUMARIO

INTRODUÇÃO

        A fotoelásticidade é uma ferramenta para análise de tensões em problemas bidimensionais e tridimensionais.  Nos últimos anos a técnica vem ganhando renovado interesse na mecânica dos materiais devido à adaptação de modernas técnicas de aquisição e processamento digital das imagens obtidas com o ensaio.

Trata-se de um ensaio com uma metodologia complexa, porém de fácil compreensão, execução relativamente simples e aplicação nos mais diversos ambientes industriais onde o ensaio é largamente utilizado no controle de qualidade.

        De forma resumida o ensaio fotoelástico de estudo das tensões, consiste em um método em que uma amostra  de um material opticamente sensível, é iluminado por uma luz polarizada, sendo submetido ao mesmo tempo a uma tensão. Neste caso a imagem projetada em uma tela da amostra fica coberta por um sistema de faixas, cuja forma e posição determinam-se pelo estado de tensão na amostra, demonstrando as áreas de concentrações de tensões e permitindo um calculo mais realístico destas.  

OBJETIVOS

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         O relatório confeccionado tem como finalidade mostrar a relativa facilidade com que o ensaio de fotoelasticidade fornece dados de peças com geometrias e carregamentos complexos. Além disso, tem como finalidade, mostrar a dedução e aplicação da determinação do fator de concentração de tensões usando a fotoelasticidade.

DESENVOLVIMENTO TEÓRICO

A Fotoelásticidade

        A utilização da técnica fotoelástica diminuiu bastante com o avanço da ciência da computação e, principalmente, com o aparecimento no mercado de inúmeros softwares de elementos finitos. Isto se deve ao fato desta ser uma técnica essencialmente manual e demandar um tempo grande na leitura de seus parâmetros. Entretanto, esta ainda é largamente usada no controle de qualidade de materiais transparentes, por exemplo.[pic 1]

No método fotoelástico, um material plástico transparente que possui dupla refração ou anisotropia óptica é submetido a um estado de tensão/deformação. A luz polarizada que o atravessa é examinada por um aparelho denominado Polariscópio, permitindo a obtenção das tensões através da interpretação dos parâmetros ópticos observados.

O Polariscópio é um equipamento que permite a análise das tensões e suas distribuições em modelos de materiais transparentes utilizando-se as técnicas da Fotoelasticidade. Ele é composto por dois filtros polarizadores, fonte de luz, sistema de fixação dos modelos e sistema de solicitação de modelos.

Luz polarizada

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As fontes comuns de luz emitem energia radiante que se propaga em todas as direções, abrangendo todo o espectro de freqüência de vibrações e comprimentos de onda. Porém quando a luz comum atravessa um filtro polarizador, apenas os componentes dos trens de onda cujos vetores elétricos vibram paralelamente à direção de orientação do filtro serão transmitidos.

   

Material fotoelástico

Os materiais fotoelásticos são denominados materiais birrefringentes. Eles apresentam diferentes índices de refração segundo os planos das tensões principais. Eles têm a função de retardadores de onda, essa retardação dependendo do material, do tipo de luz utilizada e da diferença entre as tensões principais. A escolha do material adequado par uma análise fotoelástica é de suma importância.

As principais propriedades que devem apresentar um material fotoelástico são:

• transparência;

• alta sensibilidade;

• propriedades elásticas e lineares;

• isotropia, homogeneidade;

• baixa fluência;

• alto módulo de elasticidade;

• alta figura de mérito;

• ausência de efeitos de bordo;

• baixa influência da temperatura sobre as propriedades;

• boa usinabilidade;

• baixo custo;

• facilidade na aplicação de desmoldantes;

• fundição de grandes volumes.

Os principais materiais birrefringentes são: Columbia Resin CR-39, Homalite 100, PSM-1; policarbonato, poliuretano e poliéster, indicados para uso em fotoelasticidade bidimensional. Resinas epoxi, indicado para fotoelasticidade bi e tridimensional.

Métodos de Análise Fotoelástica

Os métodos e técnicas de análise fotoelástica  trata-se de usar a  luz polarizada sobre o material transparente, e mensurar a magnitude dos efeitos visualizados pelas franjas ópticas, além de relacionar esses parâmetros com as tensões e deformações propriamente ditas.

Franjas Ópticas

Franjas ópticas são faixas que aparecem sobre o material fotoelástico após a luz incidir sobre ele.Em incidências  de luz monocromática formam-se bandas claras e escuras, ao passo que no caso de incidência de luz branca e acréscimo de carregamento formam-se bandas coloridas que indicam as regiões de diferenças de tensão no componente.

Franjas Isoclínicas

Este tipo de franjas possui a peculiaridade de estarem orientadas na mesma direção das tensões principais às quais a peça está sujeita, ou seja, a direção é a mesma da polarização da luz. Como dependem desse ângulo de inclinação do polariscópio, são necessárias análises para uma certa faixa de ângulos que permitam obter a chamada “família de isoclínicas”.

Franjas Isocromáticas

Franjas isocromáticas são regiões em que a diferença entre tensões se da de modo constante para um modelo bidimensional. Na primeira aplicação de carga as isocromáticas indicam regiões de máxima tensão; já nas aplicações posteriores ocorre espalhamento de cores ao redor da peça.