COMPORTAMENTO DOS MATERIAIS SOB CARREGAMENTO · PDF fileiniciais (contração...
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16/03/2018
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Universidade Federal do Par
Curso de Especializao em Construo Naval
Professor: Jorge Tefilo de Barros Lopes
Mdulo: Materiais Aplicados Indstria Naval
PATRIOCNIOAPOIO PARCEIROSREALIZAO
Curso de Especializao em Construo NavalDisciplina - Prof.
Curso de Especializao em Construo NavalMateriais Aplicados Indstria Naval Prof. Jorge Tefilo de Barros Lopes
COMPORTAMENTO DOS MATERIAIS SOB
CARREGAMENTO E TEMPERATURAS ELEVADAS
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Introduo
Estudar os aspectos gerais da resposta de um slidosob a ao de um esforo mecnico externo.
Sero discutidas as respostas no regime elstico eno regime plstico (cargas estticas), principalmentedos materiais metlicos, alm de algumascaractersticas especiais de outras classes demateriais.
Tambm sero estudados os efeitos das taxas dedeformao e da temperatura sobre ocomportamento mecnicos dos materiais, sob osdiversos tipos de carga.
COMPORTAMENTO MECNICO DOS MATERIAIS
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Ao de cargas estticas
Carga esttica: quando aplicada de maneirasuficientemente lenta, induzindo a uma sucessode estados de equilbrio, caracterizando umprocesso quase-esttico.
Estudo do comportamento mecnico sob cargasestticas: ensaios de trao, compresso, flexo,toro e dureza.
Carga constante: quando aplicada durante umlongo perodo.
Estudo do comportamento em carga constante:ensaio de fluncia.
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Ao de cargas estticas
Ensaio de trao convencional
Consiste na aplicao gradativa de carga detrao uniaxial nas extremidades de um corpo deprova padronizado.
O resultado de um ensaio de trao registradona forma de um grfico ou diagramarelacionando a carga em funo do alongamento,mais comumente, a tenso em funo dadeformao, onde se distinguem doiscomportamentos, o regime elstico e o regimeplstico.
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Ao de cargas estticas
Ensaio de trao convencional
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Ao de cargas estticas
Comportamento elstico
Grande parte dos slidos apresentam umcomportamento elstico para baixos valores detenso aplicada:
Ao se aplicar uma tenso no slido ele sedeformar; enquanto esse valor de tensopermanecer constante, a deformao tambmpermanecer constante; se a tenso aplicada forreduzida a zero, o slido retorna s suasdimenses originais.
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Ao de cargas estticas
Comportamento elstico:
O comportamento elstico se d em funo dasligaes entre as unidades formadoras domaterial, as quais no chegam a se romperquando da aplicao das baixas tenses.
Os tomos se afastam das posies originaisquando submetidos carga, mas no ocupamnovas posies.
A deformao elstica reversvel, portanto nodissipa energia.
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Ao de cargas estticas
Comportamento elstico
Nesta fase, a grande maioria dos materiaisapresenta uma proporcionalidade entre a tensoaplicada e a deformao, dada pela relao:
(E) Constante de proporcionalidade (mdulode elasticidade ou mdulo de Young): Forneceuma indicao da rigidez do material (resistnciado material deformao elstica) e dependefundamentalmente das foras de ligao.
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E
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Ao de cargas estticas
Comportamento elstico
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MaterialTemperatura de fuso
(C)E
(GPa)Chumbo (Pb)Magnsio (Mg)Alumnio (Al)Prata (Ag)Ouro (Au)Lato (Liga)Titnio (Ti)Cobre (Cu)Nquel (Ni)Ao (Liga)Ferro (Fe)Molibdnio (Mo)Tungstnio (W)Al2O3
327650660962
1064-
166010851453
-1538261034102020
144569727997
107110207207210304407379
Mdulo de
elasticidade para
alguns metais
temperatura
ambiente (Adaptada
de CALLISTER, 2012;
ASKELAND & PHUL,
2003).
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Ao de cargas estticas
Comportamento elstico:
Neste caso, o grfico da tenso em funo dadeformao resulta em uma relao linear - ainclinao (coeficiente angular) do segmentolinear no diagrama corresponde ao mdulo deelasticidade (E) do material (figura).
Exemplo: O comportamento elstico de um ao edo alumnio temperatura de 20C (figura)mostra que o alumnio deforma elasticamentetrs vezes mais que o ao.
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Ao de cargas estticas
Comportamento elstico
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Diagrama esquemtico tenso-deformao correspondente
deformao elstica para ciclos de carga e descarga.
Comparao do comportamento elstico de
um ao e do alumnio (Adaptada de ASKELAND &
PHUL, 2003)
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Comportamento elstico
Para alguns materiais, tais como o ferro fundidocinzento, o concreto e diversos polmeros, aregio elstica da curva tenso-deformao no linear.
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Diagrama esquemtico tenso-deformao mostrando um comportamento elstico no-linear
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Ao de cargas estticas
Comportamento elstico
A diferena na magnitude do mdulo deelasticidade dos metais, cermicas e polmeros consequncia dos diferentes tipos de ligaoatmica existentes nessas trs classes de materiais.
Tenses compressivas, cisalhantes ou torcionaistambm induzem um comportamento elstico.
Aumento da temperatura o mdulo deelasticidade tende a diminuir para praticamentetodos os materiais, exceto alguns elastmeros.
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Ao de cargas estticas
Comportamento elstico
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Variao do mdulo de elasticidade com a temperatura de um PMMA -
polimetilmetacrilato (CALLISTER, 2012)
Variao do mdulo de elasticidade com a temperatura para alguns
metais (CALLISTER, 2012)
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Ao de cargas estticas
Comportamento viscoelstico
Certos polmeros apresentam umcomportamento particular, chamado deviscoelstico.
Considere um corpo de prova de comprimentoinicial Lo submetido a um esforo no instanteto.
Inicialmente ele sofre uma deformaoinstantnea, puramente elstica el, que obedece lei de Hooke.
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Ao de cargas estticas
Comportamento viscoelstico
Se o esforo mantido constante, uma deformaoviscoelstica ve aparece ao longo do tempo, e seestabiliza num tempo ta.
A deformao total T igual soma das duasdeformaes el e ve.
Essa deformao permanece constante, at que oesforo seja eliminado no instante tf.
o corpo de prova sofre uma contrao elsticapraticamente instantnea, de valor absoluto igual ael.
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