Ciencia dos materiais

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Em um mecanismo apropriado, aplica-se uma força uniaxial, conhecida como tração, que cresce gradativa e registra-se cada valor de força correspondente até o momento da fratura do corpo de teste formando um gráfico que representa as fases do material.

Neste ensaio, o corpo de prova possui o formato de “osso de cachorro” para melhor fixar-se ao equipamento e reduzir a probabilidade da fratura ocorrer nas regiões da extremidade, e também para que, a fratura fique confinada na região central mais estreita.

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Figura 1 - Ensaio de Tração.

- Ensaio de compressão

Assim como o ensaio de tração, o ensaio de compressão aplica uma carga uniaxial, porém com força que comprime e consequentemente contrai a amostra.

É estabelecido que na compressão, na equação da Tensão de Engenhara, a força é negativa, e na equação de Deformação de engenharia, pelo fato do comprimento final ser menor que o comprimento inicial, a variação de comprimento também é negativa.

Outra característica do ensaio é que o comprimento inicial é maior que o comprimento final .

É um ensaio que produz poucos resultados sendo principalmente utilizados para determinar deformações permanentes, ou seja, deformações plásticas.

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Figura 2 - Ensaio de Compressão.

- Ensaio de Cisalhamento e de torção

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Figura 3 - Ensaio de Cisalhamento.

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Figura 4 - Ensaio de Torção

- Anelasticidade

É um componente da deformação elástica que depende do tempo para se recuperar, isto é, após sofrer com uma tensão mecânica, o material sofre uma deformidade que se recupera lentamente após a tensão ser removida. Nos metais esse componente é desprezível por ser um valor ínfimo, já nos polímeros é algo significativo.

- Propriedades Elásticas dos Materiais

- Tensão de tração

Quando uma tensão de tração é aplicada a uma barra metálica, um alongamento elástico e sua deformação correspondente em εz ocorrem na direção da tensão aplicada, conforme mostrado na figura 1. Esse alongamento é acompanhado de uma variação das dimensões transversais da barra (deformações compressivas), representadas por εx e εy, respectivamente as quais podem ser determinadas. Se a tensão aplicada for uniaxial (apenas na direção z) e o material for isotrópico, então εx = εy.

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Figura 5 - Alongamento axial na direção de z (deformação positiva) e contrações laterais nas direções de x e y (deformações negativas), em função da aplicação de uma tensão de tração na direção de z.

- Coeficiente de Poisson

O coeficiente de Poisson mede a rigidez do material na direção perpendicular à direção de aplicação da carga uniaxial. Pode-se definir o coeficiente de Poisson (v) como sendo um parâmetro resultante da razão entre as deformações lateral e axial como mostra a equação 1:

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Equação 3 - Coeficiente de Poisson.

O sinal é incluído na expressão para que v seja sempre um número positivo uma vez que εx e εz, terão sempre sinais opostos. Teoricamente, o coeficiente de Poisson para materiais isotrópicos deve ser igual a 0,25, entretanto, para o materiais metálicos v varia muito em relação a esse valor, conforme mostra a Tabela 1. O valor máximo de v, que é correspondente ao valor para o qual não existe qualquer alteração líquida no volume do corpo estudado, é de 0,50.

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Tabela 1 - Coeficiente de Poisson para alguns materiais.

Para materiais isotrópicos, os módulos de cisalhamento e de elasticidade estão

relacionados entre si e com o coeficiente de Poisson por meio da equação 2:

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Equação 4 - Equação de Poisson para materiais isotrópicos.

A nova constante de proporcionalidade, E, é chamada de módulo de elasticidade, ou de Young. Alguns valores do módulo de Young de alguns materiais podem ser vistos nas Tabelas 2,3 e 4:

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Tabela 2 - Temperatura ambiente elástica e módula de cisalhamento e coeficiente de Poisson para ligas de metais.

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Tabela 3 - Temperatura ambiente elástica e módulo de cisalhamento e coeficiente de Poisson para materiais cerâmicos.

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Tabela 4 - Temperatura ambiente elástica e módulo de cisalhamento e coeficiente de Poisson para os polímeros.

- Módulo de Young

O módulo de Young tem origem na energia de ligação entre os átomos do material e divide os materiais em aproximadamente duas grandes classes: os flexíveis e os rígidos; um material com um elevado valor do módulo de Young é um material rígido. As borrachas, polímeros e ‘espumas’ estão entre os materiais de menor módulo de elasticidade enquanto que os materiais cerâmicos estão no outro extremo e constituem os materiais mais rígidos conhecidos. A rigidez de um componente mecânico diz respeito ao quanto ele pode defletir sob uma determinada carga. Ela depende não só do valor do módulo de Young, mas também de como são as solicitações mecânicas sobre ele: tensão de tração, compressão, dobramento, etc., da forma e do tamanho do componente. Uma chapa sob compressão, por exemplo, se dobrará ao ser submetida a um carregamento de compressão. A mesma chapa, de outro material, de maior módulo de Young, se defletirá menos. Dobrada, já apresentará uma rigidez maior. Se transformada em um tubo, será capaz de suportar uma carga muito maior que aquela original, aplicada sobre a chapa, sem apresentar uma modificação apreciável