Seminário - Tec. de materiais I

1. Introdução

Cisalhamento age tangencialmente à superfície do material, onde existe uma deformação resultante de esforços que fazem com que as partes de um corpo deslizam uma em relação à outra, numa direção paralela ao plano de contato entre essas partes.

Torque é o momento que tende a torcer o membro em torno do seu eixo de rotação. Seu efeito é de interesse principal no projeto de eixos e/ou eixos de acionamento usados em veículos e maquinaria.

Denomina-se torção nos fio número de voltas do fio em torno do seu próprio eixo, por uma unidade de comprimento. Quando uma peça, normalmente cilíndrica, sofre o efeito de um torque e uma força resistente, ela tende a sofrer torção. As deformações causadas a uma peça que sofre torção são deslocamentos angulares de uma seção em relação a outra. A torção nos fios têxteis denomina-se o número de voltas que o fio recebe em torno do seu próprio eixo por uma unidade de comprimento.

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Como exemplos de barras em torção, temos hastes, eixos, eixos propulsores, hastes de direção e brocas de furadeiras.

2. Cisalhamento Simples ou Direto

O cisalhamento é provocado pela ação direta da carga aplicada F. Ocorre frequentemente em vários tipos de acoplamentos simples que utilizam de parafusos , pinos e materiais de solda.

No cisalhamento duplo, existem juntas de dupla sobreposição com dois planos de cisalhamento.

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Figura 3- Cisalhamento Simples

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Figura 4  –Falha de um parafuso em cisalhamento simples.

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Figura 5- Cisalhamento Duplo

3. Sentido da Torção de um Fio

O sentido da torção é muito importante. Para determiná-lo, segura-se um corpo de prova em posição vertical, não importando a extremidade, e verifica-se o sentido de torção das fibras usado durante a construção do fio, comparando-se com a parte central das letras “S” e “Z”. Ao torcer um fio em volta do seu eixo central no sentido de sua construção ele se torna mais rígido, caso contrário, se torna mais flexível e se desfaz.

A torção “S”, também conhecida como torção direita, é identificada quando as espirais visíveis do fio em volta do seu eixo central apresentam a mesma direção de inclinação da parte central da letra “S”, isto é, as espirais sobem da direita para a esquerda. Durante a construção de um fio “S” ele foi torcido no sentido oposto aos ponteiros do relógio.

A torção “Z”, também conhecida como torção esquerda, é identificada quando as espirais visíveis apresentam a mesma direção de inclinação na parte central da letra “Z”, isto é, as espirais sobem da esquerda para a direita. Durante a construção de um Fio “Z” ele foi torcido no mesmo sentido dos ponteiros do relógio.

4. Deformação por Torção de um Eixo Circular

Fisicamente, podemos ilustrar o que acontece quando um torque é aplicado em um eixo circular, considerando o eixo como feito de um material altamente deformável, como a borracha (figura 2a). Quando o torque é aplicado, os círculos e as retas longitudinais da grelha original marcada no eixo tendem a se distorcer com o padrão mostrado na figura 2Gb. A torção faz os círculos permanecerem como círculos e cada reta longitudinal da grelha deforma-se em hélice que intercepta os círculos em ângulos iguais. Além disso, as seções transversais do eixo permanecem planas e as retas radiais dessas seções permanecem retas durante a deformação (figura 2b). A partir dessas observações, podemos supor que, se o ângulo de rotação for pequeno, o comprimento do eixo e seu raio permanecerão inalterados.

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Figura 6 - Grelha antes e depois da deformação causada por cisalhamento.

5. Deformação de Cisalhamento na região elástica

        

O ângulo de torção (), dado pela corda AB, é o deslocamento de giro sofrido por um ponto na superfície do corpo de prova em relação ao engaste fixo, expresso em radianos, sendo este tanto maior quanto mais longo for o corpo de prova. A deformação de cisalhamento () é determinada como função do raio (D/2), do ângulo de torção () e do comprimento do corpo de prova (L), dado por:[pic 6][pic 7][pic 8]

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em que,  é o ângulo de torção (radianos), L é o comprimento do corpo de prova (m) e D/2 representa o raio do corpo de prova (m).[pic 10]

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Figura 7 – Eixo cilíndrico exposto a torção, com destaque ao ângulo de giro ( em relação à superfície engastada.[pic 12]

6. Deformação de Cisalhamento na região plástica

7. Ensaio de Torção

        A torção é diferente da compressão, da tração e do cisalhamento, porque nestes casos o esforço é aplicado no sentido longitudinal ou transversal, e na torção o esforço é aplicado no sentido de rotação.

O ensaio de torção consiste na aplicação de carga rotativa em um corpo de prova geralmente de geometria cilíndrica. Este ensaio e amplamente utilizado na fabricação de componentes mecânicos como motores de arranque, turbinas aeronáuticas, rotores de máquinas pesadas, entre outros.

O ensaio de torção é de execução relativamente simples, porém para obter as propriedades do material ensaiado são necessários cálculos matemáticos complexos. Como na torção uma parte do material está sendo tracionada e outra parte comprimida, em casos de rotina pode-se usar os dados do ensaio de tração para prever como o material ensaiado se comporta quando sujeito a torção.

Rotação e Torção

               O corpo tenderá a girar no sentido da força e, como a outra extremidade está engastada, ela sofrerá uma torção sobre seu próprio eixo. Se o certo limite de torção for ultrapassado, o corpo se romperá. Um exemplo disso é o eixo de transmissão dos caminhões.

7.1 Propriedades

        A barra cilíndrica possui comprimento L e diâmetro D, a qual, quando submetida a um momento de torção (Mt) em uma de suas extremidades, estando à outra engastada, resulta em tensões e deformações distribuídas ao longo de toda a barra.