Ensaios Mecânicos

ARTHUR MARCONTIAGO ROHRSETZER

UFSC – EMC – 2013.1

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BREVE INTRODUÇÃO:

Cada material possui suas próprias características: o ferro fundido é duro e frágil, o aço é resistente, o vidro é transparente e frágil, o plástico é impermeável, a borracha é elástica, dentre outros inúmeros materiais com suas diversas características.

Essas propriedades estão diretamenterelacionadas à natureza das ligações entre osátomos de cada material.

Ferro Fundido

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Essas propriedades podem ser reunidas em dois grandes grupos:

PROPRIEDADES PROPRIEDADES FÍSICASFÍSICAS

PROPRIEDADES PROPRIEDADES QUÍMICASQUÍMICAS

PROPRIEDADES PROPRIEDADES ELÉTRICASELÉTRICAS

PROPRIEDADES PROPRIEDADES TÉRMICASTÉRMICAS

PROPRIEDADES MECÂNICASPROPRIEDADES MECÂNICAS SeSe manisfestam quando o manisfestam quando o material entra em contatos material entra em contatos

com outros materiais ou com o com outros materiais ou com o ambiente.ambiente.

Determinam o comportamento do material em Determinam o comportamento do material em todas as circunstâncias de fabricação e utilização.todas as circunstâncias de fabricação e utilização.

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As PROPRIEDADES MECÂNICAS podem ser observadas quando o material está submetido a esforços de natureza mecânica, ou seja, essas propriedades são capazes de determinar a maior ou menor capacidade que um material tem para transmitir ou resistir aos esforços que lhe são aplicados.

PROPRIEDADES MECÂNICASPROPRIEDADES MECÂNICAS

As capacidades mencionadas são importantes nos processos de

fabricação e utilização do material.Do ponto da indústria mecânica, esse conjunto de propriedades é

considerado o mais importante para a escolha de uma matéria prima.

Resistência MecânicaResistência Mecânica ElasticidadeElasticidade PlasticidadePlasticidade Dureza e FragilidadeDureza e Fragilidade

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Dentre as propriedades mecânicas, a considerada mais importante é a RESISTÊNCIA MECÂNICA.

Essa propriedade permite que o material seja capaz de resistir à ação de determinados tipos de esforços, como a tração e a compressão.

Resistência MecânicaResistência Mecânica

a) Aplicação no carregamento de compressão no corpo de prova b) Ensaio de tração

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Capacidade que o material deve ter de se deformar quando submetido a um esforço, e de voltar à forma original quando o esforço termina.

ElasticidadeElasticidade

Super isopor que possui como suas principais características: Resistências dos metais; ELASTICIDADE da borracha.

Promete aplicações que vão do amortecimento de choques à baterias elétricas sofisticadas.

Criado em pesquisas financiadas pela Boeing e GM.

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Capacidade que o material deve ter de se deformar quando submetido a um esforço, e de manter essa forma quando o esforço desaparece.

PlasticidadePlasticidade

Propriedade importante para os Propriedade importante para os processos de fabricação que exigem processos de fabricação que exigem

conformação mecânica.conformação mecânica.

PRENSA MECÂNICA PRENSA MECÂNICA (PRENSAGEM)(PRENSAGEM)

EX. FABRICAÇÃO DE PARTES DA EX. FABRICAÇÃO DE PARTES DA CARROCERIA DE VEÍCULOSCARROCERIA DE VEÍCULOS

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Resistência do material à penetração, à deformação plástica permanente e ao desgaste. Resistência ao risco.

DurezaDureza FragilidadeFragilidade Quando o material apresenta baixaresistência aos choques.

Escala de MohsEscala de MohsEscala não linear criada Escala não linear criada pelo alemão pelo alemão Frederich

Mohs. Mede a dureza de alguns minerais.

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PROPRIEDADES PROPRIEDADES TÉRMICASTÉRMICAS

Determinam o comportamento dos Determinam o comportamento dos materiais quando são submetidos a materiais quando são submetidos a variações de temperatura. Tanto no variações de temperatura. Tanto no

processamento do material processamento do material (fabricação) quanto na sua utilização(fabricação) quanto na sua utilização

Ex.1 – Ponto de FusãoEx.1 – Ponto de FusãoEx.2 – Dilatação térmicaEx.2 – Dilatação térmica

PROPRIEDADES PROPRIEDADES ELÉTRICASELÉTRICAS

Determinam o comportamento dos Determinam o comportamento dos materiais quando são submetidos à materiais quando são submetidos à

passagem de uma corrente passagem de uma corrente elétrica.elétrica.

Ex.1 – Condutividade Ex.1 – Condutividade elétricaelétrica

Ex.2 – Resistividade elétricaEx.2 – Resistividade elétrica

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ENSAIOS MECÂNICOS Os engenheiros de qualquer especialidade devem compreender

como as várias propriedades mecânicas são medidas e o que elas representam.

Por que são necessários?

Para que na execução de algum projeto de engenharia não

ocorram níveis consideráveis de deformação e/ou falhas em

serviço.

Qualquer projeto de engenharia, especificamente o projeto de um

componente mecânico, requer para sua viabilização um vasto

conhecimento das características, propriedades e comportamentos dos

materiais disponíveis e utilizados.

Projeto mecânicode componentes de uma turbina de gás.(Diversidade de materiais e Propriedades).

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Definição: Ensaios mecânicos são diferentes tipos de testes

cuidadosamente programados para reproduzir o mais fielmente possível as condições de utilização dos materiais e, assim, se conhecer as propriedades (principalmente mecânicas) de cada material.

Fatores a serem considerados nos ensaios:

Natureza da carga aplicada

- Carga de tração ou compressão.- Magnitude constante ou

alternada.

Duração de aplicação da carga

- Fração de segundos. - Período de

semanas/meses.

Condições ambientais

- Temperatura (fator de grande

importância).

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As propriedades mecânicas e seu comportamento sob determinadas condições de esforços são os objetivos de várias pessoas e grupos que possuem diferentes interesses, tais como: produtores e consumidores de materiais, instituições de pesquisa, agências governamentais, dentre outros. Devido a isso, é imprescindível que exista alguma consistência na maneira de conduzir os ensaios e na interpretação de seus resultados, a qual é obtida por meio do uso de técnicas de ensaio padronizadas.

Essa normalização é fundamental para que se estabeleça uma linguagem comum entre fornecedores e usuários dos materiais.

ASTM – American Society for Testing and Materials – Uma das empresas responsáveis pelo estabelecimento e publicação dessas

normas. É a organização mais ativa nos EUA e de larga aceitação no Brasil.

Entidade responsável pelas normas padrões no brasil – ABNT (Associação Brasileira de

Normas Técnicas).

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Classificação:Quanto à integridade geométrica

e dimensional da peça:

Ensaios Destrutivos:- Quando após executados provocam

a inutilização parcial ou total das peças (tração, dureza, fadiga).

Dispositivo usado para conduzir ensaios tensão-deformação por tração. O corpo de prova é alongado pelo travessão móvel; uma célula de carga e um extensômetro medem, respectivamente, a magnitude da carga aplicada e o alongamento

Ensaios Não-Destrutivos:- Quando após executados não

comprometem a integridade das peças (raios X, ultra-som).

Máquina de Raios X

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Classificação:Quanto à velocidade de aplicação

da carga:

Ensaios Estáticos:

- Quando a carga é aplicada de maneira

lenta, induzindo a uma sucessão de estados de

equilíbrio, caracterizando um

processo quase estático.- Ensaios de tração, compressão, flexão,

torção e dureza.

Ensaios Dinâmicos:

-Quando a carga é aplicada rapidamente ou

ciclicamente.-Ensaios de fadiga e de

impacto.

Ensaios de Carga Constante:

-Quando a carga é aplicada durante um

longo período.-Ensaio de fluência.

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LEBm – Laboratório de Engenharia Biomecânica UFSC/HU

- Realiza ensaios mecânicos na área da saúde, composto por profissionais da engenharia e também da medicina, é acreditado pelo Inmetro para desenvolver vários testes em materiais ortopédicos e mamários.

- Está localizado no complexo do Hospital Universitário em uma sala recentemente construída para abrigar todos os segmentos do laboratório.

Supervisor:Professor Dr. Eng. Carlos R. de M.

Roesler

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Ensaios Realizados No LEBm

No LEBm são realizados tanto ensaios estáticos quanto dinâmicos, pois geralmente para um material ser aprovado segundo as normas internacionais, deve passar por ambos os processos.

Algumas das máquinas usadas no laboratório são criadas pelos engenheiros que lá trabalham, como por exemplo a máquina para teste de fadiga em implantes mamários. Esta máquina foi aprovada pelo Inmetro, que após aprovar ainda comprou um exemplar.

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ENSAIO DE IMPACTO ENSAIO DE FADIGA 17

http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=1acl-2AhRjc

http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=FvLR1agrvlo

Ensaios Dinâmicos:

Bose ElectroForce Peripheral Stent Test Instrument – Usado no LEBm (Único na América Latina)

- Ensaio de Fadiga:

- Neste ensaio, o material é submetido a ciclos de carga, entre uma carga média (que pode ser zero) e outra alternada, até que aconteça um colapso no mesmo.

- Os dados obtidos nos testes de fadiga freqüentemente são apresentados em um diagrama S-N, que é um traçado do número de ciclos necessários para ocasionar um colapso em um corpo de prova em relação à amplitude da tensão cíclica desenvolvida.

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Exemplo máquina BOSE para ensaios dinâmicos:

http://www.youtube.com/watch?v=QOowEIXdt20

Ensaios Estáticos:

Os dados obtidos no teste de torção são utilizados para construir um diagrama de tensão-deformação e para determinar o módulo de elasticidade de torção, módulo de ruptura em torção e resistência à torção no limite elástico.

Com uma extremidade presa na maquina de teste, uma carga de torção é aplicada na outra extremidade do material.

Instron MT Torsion Test System – Usado no LEBm

- Ensaio de torção:

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Ensaio Estático II Ensaio de tração

O material a ser testado é fixado na máquina e no travessão móvel, que fará um esforço para alongar ou esticar o corpo de prova na direção axial.

O ensaio de tração permite medir a resistência do material.

Em um ensaio de tração, obtém-se o gráfico tensão-deformação, na qual é possível analisar o comportamento do material ao longo do ensaio.

TMI Universal tester 50kN

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- Ensaio de Fluência:

Ensaio de Carga Constante:

Neste ensaio, o material é submetido a uma carga, ou tensão, constante em função do tempo e à temperaturas muito elevadas. Assim fica determinada a fluência do material, que é a deformação plástica que ocorre com o tempo.

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•3ª fase

– Materiais de Engenharia (EMC5201) - Pré-Requisitos: EQA5116 – Mecânica dos Sólidos A (EMC5128) - Pré-Requisitos: FSC5103/MTM5245

•4ª fase

– Mecânica dos Sólidos B (EMC5138) - Pré-Requisitos: EMC5128

Quando estudar ensaios mecânicos:

• 5ª fase

– Laboratório em Propriedades Mecânicas (EMC5110) - Pré-Requisitos: EMC5201

Departamentode

UFSC

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Dúvidas?24

Referências: http://jorgeteofilo.files.wordpress.com/2010/08/epm-apostila-capitulo09-ensaios-mod1.pdf

(acessado em 03/04/2013) http://pt.wikipedia.org/wiki/Ensaio_de_tra%C3%A7%C3%A3o

(acessado em 07/04/2013) http://www.instron.com.br/wa/product/MT-Torsion-Testing-

Systems.aspx (acessado em 09/04/2013) http://www.instron.com.br/wa/glossary/default.aspx (acessado em

09/04/2013) http://worldwide.bose.com/electroforce/en_us/web/

9400_peripheral_stent_test_instrument/page.html (acessado em 09/04/2013)

ftp://ftp.mecanica.ufu.br/LIVRE/Marlipe/elementos%20de%20m%E1quinas/Israel/ensaio_de_fluencia.pdf (acessado em 10/04/2013)

http://www.zeroconvergencia.ufsc.br/?p=1369 (acessado em 10/04/2013)

http://pt.wikipedia.org/wiki/Escala_de_Mohs (acessado em 11/04/2013) http://www.youtube.com/watch?v=QOowEIXdt20 (acessado em

11/04/2013

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