Resistência dos Materiais
Aula 3 – Tensão Admissível, Fator de Segurança e Projeto de
Acoplamentos Simples
Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues
Tópicos Abordados Nesta Aula
� Tensão Admissível.
� Fator de Segurança.
� Projeto de Acoplamentos Simples.
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Tensão Admissível
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O engenheiro responsável pelo projeto de elementos estruturais ou mecânicos
deve restringir a tensão do material a um nível seguro,
portanto, deve usar uma tensão segura ou admissível.
Fator de Segurança (F.S.)
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O fator de segurança (F.S.) é a relação entre a carga de ruptura Frup e a carga admissível Fadm.
O fator de segurança é um número maior que 1 a fim de evitar maior possibilidade de falha.
Valores específicos dependem dos tipos de materiais usados e da finalidade pretendida da estrutura ou máquina.
adm
rupSF
σ
σ=..
adm
rup
F
FSF =..
adm
rupSF
τ
τ=..
Projeto de Acoplamentos Simples
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Elemento sujeito a aplicação de força de cisalhamento:
Elemento sujeito a aplicação de força normal:
adm
PA
σ=
adm
PA
τ=
Problemas comuns:
1) Área da seção transversal de um elemento de tração.
2) Área da seção transversal de um acoplamento submetido a cisalhamento.
3) Área requerida para resistir ao apoio.
4) Área requerida para resistir ao cisalhamento provocado por carga axial.
Área da Seção Transversal de um Elemento sob Tração
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Acoplamento Submetido a Cisalhamento
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Área Requerida para Apoio
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Cisalhamento por Carga Axial
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Exercício 1Aula 3 Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues
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1) O tirante está apoiado em sua extremidade por um disco circular fixo como mostrado na figura. Se a haste passa por um furo de 40 mm de diâmetro, determinar o diâmetro mínimo requerido da haste e a espessura mínima do disco necessários para suportar uma carga de 20 kN. A tensão normal admissível da haste é σadm = 60 MPa, e a tensão de cisalhamento admissível do disco é τadm = 35 MPa.
Solução do Exercício 1
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Diâmetro da haste: por verificação, a força axial na haste é 20 kN, assim, a área da seção transversal da haste é dada por:
adm
PA
σ=
60
20000=A
33,333=A
Sabe-se que:
4
2dA
⋅=
π
Portanto:
π
Ad
⋅=
4
π
33,3334 ⋅=d
60,20=dmm² mm
Solução do Exercício 1
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adm
VA
τ=
35
20000=A
42,571=A mm²
A área seccionada é dada por:
trA ⋅⋅⋅= π2
Portanto:
mm
r
At
⋅⋅=
π2
202
42,571
⋅⋅=
πt
55,4=t
Exercício 2
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2) A barra rígida mostrada na figura é suportada por uma haste de aço AC
que tem diâmetro de 20 mm e um bloco de alumínio que tem área da seção transversal de 1800 mm². Os pinos de 18 mm de diâmetro em A e C estão submetidos a um cisalhamento simples. Se a tensão de ruptura do aço e do alumínio forem (σaço)rup = 680 MPa e (σal)rup = 70 MPa, respectivamente, e a tensão de cisalhamento de ruptura de cada pino for τrup = 900 MPa, determinar a maior carga P que pode ser aplica à barra. Aplicar F.S = 2.
Solução do Exercício 2
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Diagrama de corpo livre:
Reações de apoio:
∑ = 0BM
025,12 =⋅+⋅− PFAC
∑ = 0AM
075,02 =⋅−⋅ PFB
2
25,1 PFAC
⋅= 2
75,0 PFB
⋅=
PFAC ⋅= 625,0 PFB ⋅= 375,0
Relação entre as forças:
Solução do Exercício 2
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( )( )
..SF
rupaço
admaço
σσ =
( )2
680=
admaçoσ
( ) 340=admaçoσ MPa
Aço
( )( )
..SF
rupal
admal
σσ =
( )2
70=
admalσ
( ) 35=admalσ MPa
Alumínio
..SF
rup
adm
ττ =
2
900=admτ
450=admτ MPa
Pino
Solução do Exercício 2
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( )AC
AC
admaçoA
F=σ
( )
4
2d
FAC
admaço⋅
=π
σ
( )2
4
d
FAC
admaço⋅
⋅=
πσ
( )2
625,04
d
Padmaço
⋅
⋅⋅=
πσ
( )625,04
2
⋅
⋅⋅=
dP admaço πσ
625,04
20340 2
⋅
⋅⋅=
πP
170816=P N
Barra AC
Solução do Exercício 2
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( )B
B
admalA
F=σ
( )B
admalA
P⋅=
375,0σ
( )
375,0Badmal A
P⋅
=σ
375,0
180035 ⋅=P
168000=P N
Bloco B
Solução do Exercício 2
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p
admA
V=τ
padmAC AFV ⋅== τ
4625,0
2dP adm
⋅⋅=⋅π
τ
625,04
2
⋅
⋅⋅=
dP adm πτ
625,04
18450 2
⋅
⋅⋅=
πP
183124=P N
Por comparação, a maior carga que pode
ser aplicada ao sistema éP = 168000 N, pois
qualquer carga maior que essa fará com que a tensão admissível seja
excedida.
Pino A
Exercícios Propostos
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1) Uma carga axial no eixo mostrado na figura é resistida pelo colar em C, que está preso ao eixo e localizado à direita do mancal em B. Determinar o maior valor de P para as duas forças axiais em E e F de modo que a tensão no colar não exceda uma tensão de apoio admissível em C de σadm = 75 MPa e que a tensão normal média no eixo não exceda um esforço de tração admissível de σadm = 55 MPa.
Exercícios Propostos
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2) A alavanca é presa ao eixo A por meio de uma chaveta que tem largura d e comprimento de 25 mm. Supondo que o eixo esteja fixo e seja aplica uma força vertical de 200 N perpendicular ao cabo, determinar a dimensão d se a tensão de cisalhamento admissível para a chaveta for τadm = 35 MPa.
Exercícios Propostos
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3) As duas hastes de alumínio suportam a carga vertical P = 20 kN. Determinar seus diâmetros requeridos se o esforço de tração admissível para o alumínio for (σt)adm = 150 MPa.
Exercícios Propostos
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4) O punção circular B exerce uma força de 2 kN no topo da chapa A. Determinar a tensão de cisalhamento média na chapa devida a esse carregamento.
Exercícios Propostos
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5) O conjunto da correia sobreposta será submetido a uma força de 800 N. Determinar (a) a espessura t necessária para a correia se o esforço de tração admissível para o material for (σt)adm = 10 MPa, (b) o comprimento dl necessário para a sobreposição se a cola pode resistir a um esforço de cisalhamento admissível de (τadm)c = 0,75 MPa e (c) o diâmetro dr
do pino se a tensão de cisalhamento admissível para o pino for (τadm)p = 30 MPa.
Próxima Aula
� Estudo de Deformações, Normal e por Cisalhamento.
� Propriedades Mecânicas dos Materiais.
� Coeficiente de Poisson.
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