Deformação Elastica

1 – DEFORMAÇÃO ELÁSTICA

MÁQUINA DE TRAÇÃO PARA ENSAIOS MECÂNICOS

Quando se aplica um esforço mecânico, o seu efeito sobre o material ocorre em 3 etapas:

• Deformação elástica

• Deformação plástica

• Ruptura

Na deformação elástica não há ruptura das ligações químicas, apenas um alongamento dessas, pela presença de uma força adicional que se soma as forças eletrostáticas existentes que estão em equilíbrio no material

Assim quando se aplica um esforço externo os átomos se deslocam de suas posições iniciais, porém ao cessar esse esforço eles retornam as suas posições de origem. Logo a deformação elástica é retornável e pode ser repetida indefinidas vezes sem alterar a resistência nem as propriedades do material

TIPOS DE ESFORÇOS

• (a)Tração

• (b)Compressão

• (c)Cisalha mento

• (d)torção

RELAÇÃO ENTRE TENSÃO E DEFORMAÇÃO NA REGIÃO ELÁSTICA

• Na fase elástica a deformação é proporcional ao esforço aplicado. A constante de proporcionalidade chama-se Módulo de Elasticidade (E)

• E= σ/ε

• Esse módulo é uma característica do material, sendo proporcional á energia das ligações químicas entre seus átomos.

• Tungstênio Tf= 3500ºC E= 39900 Kgf/mm²

• Ferro e aço Tf=1536ºC E= 21.000 Kgf/mm²

• Alumínio Tf=660 ºC E= 7000 Kgf/mm²

• Quando a tensão for do tipo de cisalhamento usa-se o modulo de cisalhamento G= τ/ γ onde τ é a tensão de cisalhamento e γ é a deformação de cisalhamento

• E e G se relacionam pela expressão: E=2G(1+ν)

COEFICIENTE DE POISSON

• Sempre que se aumenta elasticamente um material em uma dimensão ele se reduz nas demais.

• A variável que indica esse percentual de variação se chama coeficiente de Poisson

• Esse valor está em geral entre 0,25 e 0,35 para os metais

• ν=- ε lateral /ε direto

• Desta forma a deformação elástica é sempre maior no sentido da força que nas direções perpendiculares

2 – ESCOAMENTO

A maioria das estruturas é projetada para assegurar que resulte apenas uma deformação elástica quando da aplicação de uma tensão. Torna-se então desejável conhecer o nível de tensão onde a deformação plástica tem seu início, ou onde ocorre o fenômeno do escoamento.

Para metais que experimentam essa transição gradual de deformação elástica para deformação plástica (transição elastoplástica), o ponto de escoamento pode ser determinado como sendo o ponto onde ocorre o afastamento inicial da linearidade na curva tensão-deformação especifica, geralmente de 0,002. A tensão que corresponde a intercessão dessa linha com a curva tensão-deformação, à medida que esta última se inclina em direção a região plástica, é definida como sendo a tensão limite de escoamento (resistência ao escoamento). Obviamente, as unidades da tensão limite de escoamento são MPa ou psi.

Para aqueles materiais que possuem uma região elástica não-linear, o uso do método da pré-deformação que foi descrito acima não é possível, e a pratica usual consiste em se definir a tensão limite de escoamento como sendo a tensão necessária para produzir uma determinada quantidade de deformação (por exemplo, E = 0,005).

Alguns aços e outros materiais exibem um comportamento tensão-deformação em tração semelhante ao que está na figura acima. A transição elastoplástica – entre os processos elástico e plástico – e muito bem definida e ocorre de uma forma abrupta, no que é conhecida por fenômeno do pico de escoamento descontinuo. No limite escoamento superior a deformação plástica tem seu início com a diminuição real da tensão. A deformação que se segue flutua ligeiramente em torno de algum valor de tensão constante, conhecido por limite de escoamento inferior; subsequentemente, a tensão aumenta com o aumento da deformação. Para metais que exibem esse efeito a tensão limite de escoamento é tomada como sendo a tensão media associada ao limite de escoamento inferior, uma vez que esse ponto é bem definido e relativamente insensível ao procedimento de ensaio. Dessa forma, para esses materiais não é necessário empregar o método da pré-deformação.

A magnitude da tensão limite de escoamento para um metal representa uma medida de sua resistência a deformação plástica. As tensões limite de escoamento podem variar desde 35 MPa (15000 psi), para um alumínio de baixa resistência ate acima de 1400 MPa (200.000 psi), para ações de elevada resistência.

3 - FADIGA

A maioria das falhas em máquinas ocorrem devido a cargas que variam no tempo, e não a esforços estáticos. Essas falhas ocorrem, tipicamente, em níveis de tensão significativamente inferiores aos valores da resistência ao escoamento dos materiais. Assim, quando estão envolvidos carregamentos dinâmicos, as teorias de falha para carregamentos estáticos podem levar a projetos sem segurança.

As falhas por fadiga sempre têm início com uma pequena trinca, pré-existente pela manufatura do material ou que se desenvolveu ao longo do tempo, pelas deformações cíclicas, ao redor dos pontos de concentração de tensões. Portanto, é fundamental que o projeto de peças dinamicamente carregadas, sejam elaborados de modo a minimizar a concentração de tensões.

Estágios na Falha por Fadiga:

• Início da Trinca: ocorre devido a imperfeições, partículas, inclusões,etc. (em escala microscópica os metais não são homogêneos e isotrópicos) e pontos de concentração de tensão, que contenha uma componente de tensão de tração. Pode ter uma pequena duração para o seu início;

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