Lista 6 ENG1016 - PUCRIO

Prévia do material em texto

ENG 1016 - MATERIAIS DE ENGENHARIA 
Prof. Marcos Pereira 
Lista de Exercícios 6 / G2 – 2021.2 
EXERCÍCIO 1 (1,5) 
Um material reforçado é conseguido pela adição de fibras de vidro contínuas e alinhadas em 
matriz de resina poliéster. As fibras de vidro correspondem a 40% em volume do compósito e 
apresentam um módulo de elasticidade e uma resistência mecânica de 69 GPa e 3,5 GPa, 
respectivamente. A resina possui um módulo de elasticidade de 3,4 GPa e uma resistência 
mecânica de 69 MPa. 
A) Considerando a fabricação de um componente mecânico com o compósito em questão, 
uma seção transversal de 250 mm2 está submetida a uma tensão longitudinal trativa de 
50 MPa. Determine as cargas atuantes na matriz e nas fibras desta seção do componente 
mecânico. 
B) Determine as deformações que cada fase sustenta quando da aplicação da tensão 
anterior. 
C) Qual a resistência mecânica característica do compósito? 
EXERCÍCIO 2 (1,5) 
Uma matriz de nylon forma um compósito com fibras de carbono contínuas e alinhadas, sendo 
que 97% da carga aplicada na direção longitudinal é suportada pelo material de reforço. 
Conhecidos: Em = 2,8 GPa; Ef = 260 GPa; rm = 76 MPa; rf = 1700 MPa 
A) Determine a fração volumétrica de fibras de carbono necessária ao compósito. 
B) Qual será a tensão de resistência associada com o compósito? 
EXERCÍCIO 3 (1,0) 
Um componente estrutural será fabricado com poliéster (E = 3 GPa, LR = 70 MPa) reforçado 
por fibras contínuas e alinhadas de Kevlar (E = 125 GPa, LR = 2760 MPa) e sofrerá ação 
simultânea de tensões longitudinais e transversais de 500 MPa e 300 MPa, respectivamente. 
Determine a fração volumétrica mínima do reforço, admitindo que, quando carregado 
longitudinal ou transversalmente, a deformação máxima do componente em ambos os 
carregamentos deverá ser de 0,05. 
EXERCÍCIO 4 (1,0) 
Calcule o módulo de elasticidade para um compósito de matriz epoxi (E = 5 GPa) reforçado 
por partículas circulares de SiO2 (E = 150 GPa), com fração volumétrica de 0,2. Sabe-se que 
ζ𝐸 = 2(𝑎/𝑏), onde a é a dimensão da partícula na direção do carregamento e b é a dimensão 
transversal. 
 
 
 
 
EXERCÍCIO 5 (1,5) 
Determine o módulo de elasticidade do compósito anterior se forem adotadas partículas 
alongadas (razão de aspecto 𝑎/𝑏 = 5) de SiO2 se: 
A) O carregamento for aplicado paralelamente ao comprimento do reforço. 
B) O carregamento for aplicado transversalmente ao comprimento do reforço. 
EXERCÍCIO 6 (1,0) 
Um compósito de poliéster (E = 4,5 GPa) foi reforçado com 40% fibra de vidro (E = 90 GPa) 
em volume, contínuas e alinhadas. Sabendo-se o compósito possui uma seção circular de 260 
mm2, comprimento de 800 mm e que uma tensão de 70 MPa foi aplicada longitudinalmente, 
determine: 
A) A carga suportada pelas fibras e pela matriz. 
B) A deformação de cada fase. 
EXERCÍCIO 7 (1,5) 
Uma barra de compósito do tipo carbono-epóxi, com 30 mm de diâmetro, foi fabricada com 
fração volumétrica de 30% de fibras (E = 300 GPa, LR = 2700 MPa), continuas e alinhadas, 
enquanto que tais propriedades na matriz equivalem a 8 GPa e 80 MPa, respectivamente. 
Quando uma tensão de 300 MPa é aplicada na barra, determine: 
A) A carga suportada pelas fibras e pela matriz. 
B) As tensões atuando na matriz e nas fibras. 
C) A máxima tensão suportada pelo compósito para prevenir falha do componente. 
EXERCÍCIO 8 (1,0) 
Determine o módulo de elasticidade de um compósito reforçado por fibras curtas de vidro 
(E = 100 GPa e fração volumétrica = 0.4) aleatoriamente distribuídas em um arranjo planar 
em matriz de resina poliéster (E = 4 GPa). As fibras possuem diâmetro e comprimento 
equivalentes a 0,5 mm e 10 mm, respectivamente.