A10Para além da elasticidade: plasticidade,

cedência e ductilidade

Projecto limitado pela resistência mecânica

Projecto elástico, que evita a plasticidade, assegura que a cabina da viatura nãose deforma na colisão. A plasticidade absorve a energia do impacto, e permite darforma aos metais e moldar os polímeros

Resistência mecânica, trabalho de deformação plástica, e ductilidade

σy – tensão de cedência (yield strength)εpl – extensão plástica, é a deformaçãopermanente resultante da plasticidadeεpl= εtot - σ/Eductilidade – medida pela elongação àfractura, εf

Mapa da resistência mecânica-densidade

A resistência mecânica para uma dada classe de materiais pode variar por um factor de10 ou mais, enquanto que a variação em rigidez é muito inferior

Mapa do módulo elástico – resistência mecânica

Extensão de cedência (yield strain): σy/E é a extensão à qual o material deixade ser linearmente elástico

Origens da resistência mecânica e ductilidade

Movimento de deslocações em metais

Deformação plástica em polímeros

Manipular a resistência mecânica em metais

Uma vista do plano de escorregamentoonde a deslocação se move, do ponto devista da deslocação

Endurecimento por impurezas

Endurecimento por precipitação

Work hardening

Mecanismos de aumento da resistência mecânica em ligas de

cobre

Dobrar e esmagar: o projecto limitado pela resistência mecânica

O projecto limitado pela rigidez, discutido na aula anterior, é o projectofeito para evitar excessiva deformação elástica

O projecto limitado pela resistência mecânica é o projecto feito para evitarcolapso plástico.

Em geral, isto significa evitar cedência, de modo que o componente se mantenhano regime elástico (elastic design). Este tipo de projecto nem sempre é possível ounecessário – cedência local pode ser permitida em muito casos, desde que a cedência global seja evitada

Outro tipo de projecto envolve permitir colapso plástico controlado, tal como nosdispositivos de segurança dos automóveis, ou nos processos de fabricação queenvolvem deformação de metais ou polímeros

Soluções standard para problemas plásticos- cedência de vigas e paineis à flexão

Soluções standard para problemas plásticos- cedência de vigas e paineis à flexão

Failure moment, Mf

Zp – módulo de secção plástico

início da deformaçãoplástica

plasticidade completaMomento máximo

FL

FL/4

FL/8

Soluções standard para problemas plásticos- cedência de eixos

Tensão de corte no eixo

Deformação ocorre quando a tensão na superfície excede a tensão de cedência σydo material (R é o raiodo eixo)

Rigidez da mola

Força a partir da qual ocorre plasticidade

Soluções standard para problemas plásticos- disco em rotação

O disco deforma-se quando σmax excede σy, e este limite define a máxima ωe limita o armazenamento inercial de energia

Soluções standard para problemas plásticos- tensões de contacto

Quando a esfera de raio R e módulo E está em contacto com a superfície planacom uma carga F, o raio da área de contacto é

A tensão de corte é máxima sob o contacto, a uma profundidade de cerca de a/2,e tem o valor

Se esta tensão exceder a tensão de corte de cedência k=σy/2, uma zona plásticaaparece sob o centro do contacto (nota: relação dureza – tensão de cedência)

Soluções standard para problemas plásticos- tensões de contacto

Alterações na secção, roscas, orifícios, cortes, concentram localmente as tensões mecânicas, e a cedência iniciar-se-à nestes locais

A tensão nominal σnom é a carga a dividir pela secção transversal, ignorando osdetalhes que causam concentração de tensões. A tensão local máxima σmax éobtida multiplicando pelo factor de concentração de tensões Ksc

α é da ordem de 2 em tensão, e ~1/2 para torsão e flexão

Próximas aulasPropriedades dos materiais [relação estrutura-propriedades]Propriedades mecânicas dos materiais II e Propriedades térmicas dos materiais (A11 e A12, dias 17 e 18 de Abril)

Próxima aula prática P6 (15 e 16 de Abril):- discussão do TPC6- estudo de casos: deformação elástica e plástica dos materiais

TPC6 devido sexta-feira, dia 18 de Abril