Introdução Tração - Resistencia dos Materiais

1. INTRODUÇÃO

        A maioria dos materiais possuem uma resistência à Tração. Essa resistência representa uma importante propriedade e deve ser analisada por ensaios específicos ou por cálculos visando a determinação da resistência dos mesmos.

O ensaio de tração permite avaliar peças e estruturas em geral quanto a sua resistência a determinada aplicação. Isso porque a partir do conhecimento da carga que será aplicada a estrutura e do módulo de elasticidade do material em estudo, pode-se determinar o dimensionamento correto para esta estrutura.

Este ensaio é feito de modo que o corpo em estudo é colocado sob um esforço que irá provocar um alongamento ou um esticamento nele. Esse processo é realizado através de uma máquina universal de ensaios que aplica esforços crescentes nos materiais e ao mesmo tempo as medidas de deformações são analisadas em um outro aparelho.

2. OBJETIVO

3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

        O ensaio de tração consiste em uma técnica em que se submete um certo material de interesse a um esforço que tende a alonga-lo até a sua ruptura. Isso permite conhecer como os materiais reagem aos esforços de tração, quais os limites de tração que suportam e a partir de que momento ocorrem sua ruptura. Os esforços ou cargas são medidos na própria máquina de ensaio.

        A medida que se aplica uma força axial de tração num corpo preso é produzida uma deformação no mesmo, ou seja, um aumento no seu comprimento com uma diminuição da área transversal. Esse fato recebe o nome de alongamento.

        De acordo com a norma brasileira, o alongamento é representado pela letra A e seu calculo é feito com a subtração do comprimento final pelo comprimento inicial e dividindo-se esse resultado pelo comprimento inicial. Tal como mostrado na expressão abaixo:

[pic 1]

Lo: comprimento inicial antes do ensaio; Lf: comprimento final após o ensaio;

A: alongamento.

                

Quando o material é submetido a uma força de tração, a sua deformação pode ser elástica e plástica. A primeira não é permanente, isso porque cessados os esforços, o material volta a sua forma original. Já na deformação plástica é permanente, uma vez que cessados os esforços, o material recupera a deformação elástica, porem permanece com uma deformação residual plástica, não retornando à sua forma original.

A força de tração atua sobre a área da seção transversal do material. Dessa forma, obtêm-se uma relação entre essa força aplicada e a área do material que está sendo exigida, denominada tensão. Tal como na expressão abaixo:

[pic 2]

T: tensão; F: força aplicada; S: área.

3.1. Diagrama tensão-deformação

        Um corpo ao ser submetido a um ensaio de tração fornece dados que são lidos por um software interligado com a máquina e o mesmo fornece um gráfico que mostra as relações entre uma força aplicada e as deformações ocorridas durante o ensaio. Porém, o que possui maior interesse é a relação da tensão x deformação, uma vez que determina as propriedades do material em estudo. Por convenção, a área da seção utilizada para os cálculos é a seção inicial (So). Dessa forma, aplica-se a expressão a fim de obter os calores de tensão para montar esse gráfico desejado, conhecido como diagrama tensão-deformação.

        Os valores de deformação são usualmente representados pela letra grega maiúscula e (epsílon), e os valores de tenção por T, tal como mostrado no diagrama abaixo, que apresenta certas características que são comuns a diversos tipos de materiais usados.

[pic 3]

Gráfico 1: Deformação (e) x Tensão (T).

        A analise desse diagrama permite conhecer cada umas das propriedades que ele permite determinar.

3.2. Limite Elástico

        O limite elástico recebe esse nome porque, caso o ensaio seja interrompido antes desse ponto e a força de tração seja retirada, o corpo volta a sua forma original, como se fosse um elástico. Sendo que na fase elástica, os metais obedecem a Lei de Hooke, uma vez que suas deformações são diretamente proporcionais às tensões aplicadas. Utilizando o mesmo diagrama usado anteriormente, podemos perceber o limite elástico, tal como representado abaixo:

[pic 4]

Gráfico 2: Deformação (e) x Tensão (T) com limites elásticos representados pelas linhas tracejadas.

3.3. Modulo de Elasticidade

        O modulo de Elasticidade é um valor constante, determinado na fase elástica pela divisão da tensão pela deformação, tal como mostrado na expressão abaixo:

[pic 5]

E: modulo de elasticidade; T: tensão; e: deformação.

        Ele representa a medida da rigidez do material, e quanto maior seu valor, menos será sua deformação elástica resultante da aplicação de uma tensão e mais rígido será o material. Tal propriedade é essencial na seleção de materiais para a fabricação de molas.

3.4. Limite de Proporcionalidade

        A Lei de Hooke somente é válida até um determinado valor de tensão, denominado limite de proporcionalidade, que representa o momento que a deformação deixa de ser proporcional à carga aplicada. Na prática, considera-se que o limite de proporcionalidade e o limite de elasticidade são coincidentes. No gráfico a seguir, temos a representação desse limite:

[pic 6]

Gráfico 3: Tensão (T) x Deformação (e) com representação do limite de proporcionalidade A’.

3.5. Escoamento

        Assim que termina a fase elástica, da inicio a fase plástica, onde ocorre uma deformação permanente do material em estudo, mesmo que se retire a força de tração. Nesse caso, no início da fase plástica ocorre um fenômeno denominado escoamento, que se caracteriza por uma deformação permanente do material sem que ocorra um aumento de carga e sim um aumento na velocidade de deformação. Sendo que durante esse processo de escoamento, pode-se perceber que a carga oscila entre valores muito próximos uns dos outros. O gráfico abaixo nos permite compreender o momento exato do escoamento: