ENSAIO DE FLEXÃO E CISALHAMENTO

ENSAIO DE FLEXÃO E CISALHAMENTO

Eduardo Dünkel Silva – 151320781

Alexandre Garcia de Souza Martins – 141323795

Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho

Laboratório de Propriedades Mecânicas dos Materiais - Turma 322

Resumo: Os ensaios de flexão em três pontos e cisalhamento são importantes para a engenharia, pois fornecem dados sobre a resistência mecânica dos materiais, como módulo de elasticidade e tensão de ruptura. Nestes experimentos foram feitos tais ensaios para o aço 1020 e o alumínio e comparados os resultados.

Palavras-chave: Flexão, Cisalhamento, Ensaio.

1. Introdução

 As propriedades dos materiais podem ser divididas em físicas e químicas; entre as propriedades físicas existem as propriedades mecânicas que podem ser determinadas através de ensaios mecânicos, como o ensaio de flexão e o de cisalhamento, assim pode-se medir os esforços aos quais o material é capaz de resistir ou transmitir [1].

O ensaio de flexão consiste em colocar um corpo de prova, o qual pode ter seção com forma circular ou retangular, seguindo o método A-438 da ASTM, sob dois apoios distanciados entre si e submete-lo a uma carga que inicialmente é zero e aumenta paulatinamente, até o rompimento da peça. Esse ensaio pode ser feito usando três ou quatro apoios, sendo o primeiro mais explorado, nesse, uma carga é aplicada a uma distância igual dos dois outros apoios; no segundo, é usada uma barra com dois apoios com aplicação de carga em dois pontos [2]. Na figura 1 é ilustrado um ensaio de flexão em três pontos.

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Figura 1. Ensaio de flexão em três pontos [3].

A tensão de flexão é a tensão máxima na superfície do corpo de prova que passa pelo ensaio de flexão. No ponto de aplicação da carga a peça sofrerá compressão, enquanto a superfície oposta à essa aplicação de carga será tracionada, normalmente materiais frágeis têm como importante propriedade mecânica maior resistência a compressão do que a tração, ou seja, a parte da peça com maior tendência à fratura é a superfície tracionada. A partir do ensaio de flexão pode-se obter propriedades do material como o módulo de ruptura do material, também o módulo de elasticidade, de resiliência e de tenacidade [2, 3]. O módulo de elasticidade é possível de ser calculado pois este ensaio trabalha dentro da região elástica do material, na Equação 1, o módulo de elasticidade é colocado em função da força aplicada (F), da flecha medida para cada carga, da distância entre os apoios (L) e das dimensões do corpo de prova (b, h) [4].

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 O ensaio de cisalhamento, por sua vez, consiste em um escorregamento paralelo de uma parte da peça sobre a outra, por fim, separando-as. Neste ensaio o corpo de prova é, geralmente, um produto acabado como parafusos, pinos e rebites, pois a forma do produto final influencia na resistência ao cisalhamento. A figura 2 esquematiza como é feito este ensaio mostrando onde ocorrem as regiões de cisalhamento no corpo de prova [5].

[pic 3]

Figura 2. Ensaio de cisalhamento [5].

Na figura 2 é possível perceber que a força aplicada ao corpo de prova no ensaio de cisalhamento é aplicada de forma perpendicular ao eixo longitudinal deste. Através deste ensaio é possível calcular a tensão média na região de cisalhamento a partir da Equação 2, em função da carga de ruptura (F), da área da face cisalhada (A) e do número de faces cisalhadas (n) [4,5].

[pic 4]

1. Materiais e Métodos

2.1. Materiais

• Pinos e barras de aço 1020 e de alumínio;
• Paquímetro;
• Régua;
• Máquina de Ensaio universal, marca Mohr & Federhaff Losenhausen.

2.2. Métodos

Primeiramente, foram realizados os ensaios de cisalhamento no aço 1020 e no alumínio comercial. Previamente ao ensaio, as dimensões dos corpos de prova foram medidas com auxílio de um paquímetro, em três pontos diferentes a fim de se obter uma média e posteriormente utilizar este valor para o cálculo da área. Em seguida, cada corpo de prova foi colocado e ensaiado separadamente na Máquina Universal. O ensaio foi realizado com aplicação gradativa de carga com velocidade de 1mm/min até a ruptura, encontrando a força de ruptura que, juntamente com a área, foram utilizadas para calcular a tensão de ruptura ao cisalhamento.

[pic 5]

Figura 3. Ensaio de cisalhamento.

Após o ensaio de cisalhamento, foi realizado o ensaio de flexão em três pontos, na mesma máquina em que foi realizado o ensaio de cisalhamento. Assim como nos corpos de prova utilizados para cisalhamento, os corpos de prova também foram medidos com auxílio de uma régua para se determinar o comprimento (L) e um paquímetro para determinação da base (b) e da altura (h). As barras foram apoiadas sobre dois pontos, sendo o terceiro ponto o que transmitia a força aplicada pela máquina. Tal força aplicada foi pré estabelecida (100, 200, 300, 400 e 500 Kgf) e exercida a uma taxa de 0,5mm/min e assim, foram anotadas as flechas correspondentes através do relógio comparador.

[pic 6]

Figura 4. Ensaio de flexão.

1. Resultados e Discussão

3.1. Ensaio de Cisalhamento

A partir do ensaio de cisalhamento, foram obtidos os valores de força de ruptura e calculados os valores de tensão de ruptura ao cisalhamento, através da equação abaixo. Esses valores, assim como suas áreas estão contidos na Tabela 1.

[pic 7]

Onde: τ é a tensão de ruptura; Pr é a força de ruptura; A é a respectiva área e n, a quantidade de faces cisalhadas (duas faces neste experimento).

Corpo de prova	Área (A) [mm²]	Força de ruptura (Pr) [N]	Tensão de ruptura de por cisalhamento (τ) [N/mm²]
Aço 1020	31,67	24712,76	390,16
Alumínio Com.	30,88	8629,85	139,73

Tabela 1. Parâmetros para o cálculo da tensão de ruptura por cisalhamento.