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1 RESUMO DO ASSUNTO | RESISTÊNCIAS DOS MATERIAIS CLIQUE AQUI PARA CONHECER O CURSO COMPLETO 2 RESUMO DO ASSUNTO | RESISTÊNCIAS DOS MATERIAIS CLIQUE AQUI PARA CONHECER O CURSO COMPLETO ÍNDICE CONCEITOS BÁSICOS DE ELASTICIDADE E PROPRIEDADES MECÂ- NICAS DOS MATERIAIS Propriedades Básicas de um Corpo ........................................................... 4 1.1. Momento de Inércia (Tensor de Inércia) .........................................................4 1.2. Teorema de Steiner (Teorema dos eixos paralelos) ..............................4 1.3. Centroide ...............................................................................................................................5 1.4. Momento Estático (Q) ...................................................................................................5 1.5. Momento de Polar de Inércia (J) ..........................................................................6 1.6. Coeficiente de Poisson ...............................................................................................6 Tensão ...................................................................................................................... 7 2.1. Tensão Normal ..................................................................................................................7 2.2. Tensão de Cisalhamento ..........................................................................................7 2.3. Tensão devido à Flexão .............................................................................................8 2.4. Tensão de Cisalhamento devido ao Torque...............................................9 2.5. Tensão de Protensão ................................................................................................. 10 Barras Submetidas à Forças Axiais ............................................................11 Lei de Hooke .........................................................................................................12 4.1. Lei de Hooke aplicada à Materiais ................................................................... 12 Deformação de Elementos sob Carregamento Axial ........................13 5.1. Deformações devido a Forças Externas ...................................................... 13 5.2. Deformações devido à Mudança de Temperatura............................. 13 5.3. Caso existam Restrições de Alongamento............................................... 14 5.4. Problemas Estaticamente Indeterminados .............................................. 14 Torção ......................................................................................................................16 5 1 2 3 4 6 3 RESUMO DO ASSUNTO | RESISTÊNCIAS DOS MATERIAIS CLIQUE AQUI PARA CONHECER O CURSO COMPLETO 6.1. Torque .................................................................................................................................... 16 6.2. Ângulo de Torção no Regime Elástico ......................................................... 16 6.3. Problemas Estaticamente Indeterminados.............................................. 17 Análise de Tensões e Deformações .......................................................... 18 7.1. Círculo de Mohr ...............................................................................................................18 7.2. Convenção de Sinais ..................................................................................................19 7.3. Observações da Análise Tridimensional ......................................................20 Paredes Finas ...................................................................................................... 21 8.1. Vasos Cilíndricos ............................................................................................................21 8.2. Vasos Esféricos ..............................................................................................................22 Indicações de Referências ............................................................................ 23 7 8 9 4 RESUMO DO ASSUNTO | RESISTÊNCIAS DOS MATERIAIS CLIQUE AQUI PARA CONHECER O CURSO COMPLETO d 1. Propriedades Básicas de um Corpo 1.1. Momento de Inércia (Tensor de Inércia) O momento de inércia expressa o grau de dificuldade em se alterar o estado de movimento de um corpo em rotação. Quanto maior for o momento de inércia de um corpo, mais difícil será girá-lo ou alterar sua rotação. Em torno do eixo x: Ix = ∫ y2 dA [m4] Em torno do eixo y: Iy = ∫ x2 dA [m4] Para uma seção retangular: I = bh 3 12 [m 4] Para uma seção triangular: I = bh 3 36 [m 4] Para uma seção circular: I = πD 4 64 [m 4] 1.2. Teorema de Steiner (Teorema dos eixos paralelos) Este teorema nos permite calcular o momento de inércia de um sólido rígido relativo a um eixo de rotação que passa por um ponto O, quando é conhecido o momento de inércia relativo a um eixo paralelo ao anterior e que passa pelo centro de massa do sólido e a distância entre os eixos. Iz = Icr + M. d2 1.2. Teorema de Steiner (Teorema dos eixos paralelos) 1.1. Momento de Inércia (Tensor de Inércia) 1. Propriedades Bási- cas de um Corpo1 PROPRIEDADES BÁSICAS DE UM CORPO 5 RESUMO DO ASSUNTO | RESISTÊNCIAS DOS MATERIAIS CLIQUE AQUI PARA CONHECER O CURSO COMPLETO d Em torno do eixo x: I′x = Ix + A(dy)2 Em torno do eixo y: I′y = Iy + A(dx)2 Raio de giração (𝐢𝐢𝐫𝐫): iry = √ Iy A ; irx = √ Ix A [m] Módulo de resistência (W): Wx = Ix y ; Wy = Iy x [m 3] 1.3. Centroide É o ponto associado a uma forma geométrica também conhecida como centro geométrico. ● Caso a forma geométrica represente uma seção homogênea de um corpo, então o centroide coincide com o centro de massa; e ● Caso o corpo além de ser homogêneo for submetido a um campo gravitacional constante, então esse ponto coincide com o centro de gravidade. xCG = ∫ xdA ∫dA = ∑xdA∑dA yCG = ∫ydA ∫dA = ∑ydA∑dA 1.4. Momento Estático (Q) É o somatório do produto das áreas acima do ponto de cisalhamento adotado pela distância do CG dessas áreas até a Linha Neutra. 1.3. Centroide 1.4. Momento Estático (Q) 6 RESUMO DO ASSUNTO | RESISTÊNCIAS DOS MATERIAIS CLIQUE AQUI PARA CONHECER O CURSO COMPLETO d 1.5. Momento de Polar de Inércia (J) É a resistência de um eixo ou viga de ser distorcido por torção, em função de sua forma. A rigidez vem apenas da área transversal do objeto e não depende da composição do material ou módulo de cisalhamento. Quanto maior a magnitude do momento polar de inércia, maior a resistência à torção do objeto. Para uma seção retangular: J = ∬𝜌𝜌2𝑑𝑑𝑑𝑑 [m4] Para uma seção circular: J = ∫ ∫ 𝜌𝜌2𝜌𝜌𝑑𝑑𝜌𝜌𝑑𝑑𝜌𝜌𝑟𝑟0 2𝜋𝜋 0 = 𝜋𝜋𝑟𝑟4 2 [m 4] 1.6. Coeficiente de Poisson 𝜐𝜐 = − 𝜀𝜀𝑦𝑦 𝜀𝜀𝑥𝑥 = − 𝜀𝜀𝑧𝑧𝜀𝜀𝑥𝑥 onde: 𝜀𝜀𝑧𝑧 = deformação específica lateral 𝜀𝜀𝑥𝑥 = deformação específica axial 1.5. Momento de Polar de Inércia (J) 1.6. Coeficiente de Poisson 7 RESUMO DO ASSUNTO | RESISTÊNCIAS DOS MATERIAIS CLIQUE AQUI PARA CONHECER O CURSO COMPLETO d 2. Tensão 2.1. Tensão Normal É a intensidade da força, ou força por unidade de área, que age perpendicularmente à área. σN = P A ● Se a força normal ou tensão tracionar o elemento de área A, ela será denominada tensão de tração; ● Se a força normal ou tensão comprimir o elemento de área A, ela será denominada tensão de compressão; 2.2. Tensão de Cisalhamento É a intensidade da força, ou força por unidade de área, que age tangente à área. 𝜏𝜏𝑣𝑣 = 𝑉𝑉.𝑄𝑄 𝐼𝐼. 𝑡𝑡 τv= tensão de cisalhamento no elemento no ponto localizado a uma distância y do eixo neutro [kN/cm²] V = força de cisalhamento interno resultante (quegeralmente é a força cortante) [kN] 2. Tensão2 TENSÃO 2.2. Tensão de Cisalhamento 2.1. Tensão Normal 8 RESUMO DO ASSUNTO | RESISTÊNCIAS DOS MATERIAIS CLIQUE AQUI PARA CONHECER O CURSO COMPLETO d Q = momento estático [cm3] I = momento de inércia da área da seção transversal interna [cm4] t = largura da área da seção transversal cisalhada [cm] 2.3. Tensão devido à Flexão Quando o momento fletor causa flexão nos elementos estruturais, nas seções transversais desses elementos surgem tensões normais (perpendiculares à seção). Flexão normal (simples ou composta) Quando o plano do carregamento ou da sua resultante é perpendicular à linha neutra. Ou seja, quando o plano contém um dos eixos principais de inércia da seção; nesse caso, em seções simétricas, o momento fletor atua no plano de simetria. 2.3. Tensão devido à Flexão 9 RESUMO DO ASSUNTO | RESISTÊNCIAS DOS MATERIAIS CLIQUE AQUI PARA CONHECER O CURSO COMPLETO d Fórmula da flexão: σmáx = Mc I σ = ± My I onde: σ = tensão normal no elemento, que ocorre em um ponto na área da seção transversal afastado do eixo neutro [kN/cm²] M = momento interno resultante [kNcm] y = distância perpendicular do eixo neutro a um ponto afastado do eixo neutro [cm] I = momento de inércia [cm4] Convenção p/ y: • y é positivo quando estiver abaixo da linha neutra • y é negativo quando estiver acima da linha neutra 2.4. Tensão de Cisalhamento devido ao Torque τmáx = T ∗ c J τ = ± T ∗ ρ 𝐽𝐽 2.4. Tensão de Cisalhamento devido ao Torque 10 RESUMO DO ASSUNTO | RESISTÊNCIAS DOS MATERIAIS CLIQUE AQUI PARA CONHECER O CURSO COMPLETO d onde: 𝜏𝜏 = tensão de cisalhamento no eixo [kN/cm²] 𝑇𝑇 = torque interno resultante que atua na seção transversal [kNcm] 𝑐𝑐 = raio externo do eixo [cm] 𝜌𝜌 = raio medido a partir do centro do eixo [cm] 𝐽𝐽 = momento polar de inércia [cm4] 2.5. Tensão de Protensão Protensão é um artifício que consiste em introduzir numa estrutura um estado prévio de tensões capaz de melhorar sua resistência ou seu comportamento, sob diversas condições de carga (PFEIL, 1984). Σp = P AC + P. ep W onde: σp = tensão de protensão [kN/cm²] P = força aplicada [kN] AC = área da seção [cm²] ep = excentricidade de aplicação da força de protensão em relação a LN da seção transversal [cm] W = módulo de resistência [cm³] 2.5. Tensão de Protensão 11 RESUMO DO ASSUNTO | RESISTÊNCIAS DOS MATERIAIS CLIQUE AQUI PARA CONHECER O CURSO COMPLETO d 3. Barras Submetidas à Forças Axiais Materiais dúcteis: são caracterizados pela sua capacidade de escoar na temperatura ambiente. Fases: deformação elástica, escoamento, encruamento, estricção e ruptura. • Deformação elástica: material segue a lei de Hooke e as deformações da barra são proporcionais ao carregamento aplicado. • Escoamento: tensão de transição entre o regime elástico e o plástico, caracterizado por um aumento de deformações sem que haja aumento de carregamento. • Encruamento: rearranjo das partículas do aço havendo um aumento da tensão e das deformações, porém não de forma linear. • Estricção: redução da área da seção transversal do elemento sujeito à tração, que ocorre a partir do limite de resistência. redução percentual de área = 100 × (A0 − AR)A0 A0 = Área inicial (cm2) AR = Área final após estricção (cm2) • Ruptura: máxima tensão que o material consegue suportar antes de romper. Materiais frágeis: são caracterizados pelo fato de que a ruptura ocorre sem nenhuma mudança prévia notável na taxa de alongamento. Não apresenta diferença entre o limite de resistência e a resistência à ruptura. Rompe por tensões normais. 3. Barras Submetidas à Forças Axiais3 BARRASSUBMETIDAS ÀFORÇAS AXIAIS 12 RESUMO DO ASSUNTO | RESISTÊNCIAS DOS MATERIAIS CLIQUE AQUI PARA CONHECER O CURSO COMPLETO d 4. Lei de Hooke É a lei da física relacionada à elasticidade de corpos, que serve para calcular a deformação causada pela força exercida sobre um corpo, tal que a força é igual ao deslocamento da massa a partir do seu ponto de equilíbrio vezes a constante da mola. F = k ∗ x onde: F = força [N] k = constante da mola [N/m] x = deslocamento da mola [m] 4.1. Lei de Hooke aplicada à Materiais σ = E ∗ ε = E ∗ δL onde: σ = tensão [kN/m2] E = módulo de Young, parâmetro mecânico que proporciona uma medida da rigidez de um material [kN/m2] ε = deformação específica normal, deformação por unidade de comprimento de uma barra sob carregamento axial [adimensional] 𝛿𝛿 = deformação [m] L = comprimento inicial [m] 4. Lei de Hooke4 LEI DE HOOKE 4.1. Lei de Hooke aplicada à Materiais 13 RESUMO DO ASSUNTO | RESISTÊNCIAS DOS MATERIAIS CLIQUE AQUI PARA CONHECER O CURSO COMPLETO 5. Deformação de Ele- mentos sob Carrega- mento Axial d 5. Deformação de Elementos sob Carregamento Axial 5.1. Deformações devido a forças externas Condições: • Barras homogêneas • Área da seção transversal uniforme • Forças aplicadas nas extremidades σ = E ∙ ε ⇒ ε = σE ⇒ δ = PL AE (quando não se ultrapassa o limite de proporcionalidade do material) Para seções transversais variáveis: δ = ∫ PdxAE L 0 = ∑ PLAE 5.2. Deformações devido à Mudança de Temperatura δtemp = α ∙ ∆T ∙ L ⇒ εtemp = α ∙ ∆T (Deformação específica térmica) 5 DEFORMAÇÃO DE ELEMENTOS SOB CARREGAMENTO 5.1. Deformações devido a Forças Externas 5.2. Deformações devido à Mudança de Temperatura 14 RESUMO DO ASSUNTO | RESISTÊNCIAS DOS MATERIAIS CLIQUE AQUI PARA CONHECER O CURSO COMPLETO d 5.3. Caso existam Restrições de Alongamento δ = δtemp + δP ⇒ α ∙ ∆T ∙ L + PL AE = 0 5.4. Problemas Estaticamente Indeterminados 1. FB + FA – P = 0 (equilíbrio de forças) 2. *δA/B = 0 (condição de compatibilidade) FA ∙ LAC AE − FB ∙ LBC AE = 0 (“0” porque os apoios não se deslocam ou afastam, quando ocorrer, substitui-se pelo valor do deslocamento) 5.3. Caso existam Restrições de Alongamento 5.4. Problemas Estaticamente Indeterminados 15 RESUMO DO ASSUNTO | RESISTÊNCIAS DOS MATERIAIS CLIQUE AQUI PARA CONHECER O CURSO COMPLETO d 1 e 2 ⇒ { FA = P ∙ LCB L FB = P ∙ LAC L *deslocamento relativo: δB/A = δB − δA = PL EA { 𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇çã𝑜𝑜:𝑃𝑃𝑜𝑜𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑇𝑇 (+)𝐶𝐶𝑜𝑜𝐶𝐶𝐶𝐶𝑇𝑇𝐶𝐶𝑃𝑃𝑃𝑃ã𝑜𝑜:𝑁𝑁𝐶𝐶𝑁𝑁𝑇𝑇𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑇𝑇 (−) 16 RESUMO DO ASSUNTO | RESISTÊNCIAS DOS MATERIAIS CLIQUE AQUI PARA CONHECER O CURSO COMPLETO 6. Torção d 6. Torção 6.1. Torque É um momento que tende a torcer um elemento em torno de seu eixo longitudinal. OBS: as seções transversais de uma barra circular permanecem planas e indeformadas porque uma barra circular é axissimétrica, isto é, sua aparência permanece a mesma quando ela é vista de uma posição fixa e rotacionada em torno de seu próprio eixo por um ângulo arbitrário. 6.2. Ângulo de Torção no Regime Elástico φ = T∙LG∙It S = R ∙ φ onde: φ = [rad] L = comprimento [m] T = torque interno [Nm] It = momento de inércia à torção [m4] G = módulo de elasticidade transversal [N/m2] 6 TORÇÃO 6.1. Torque 6.2. Ângulo de Torção no Regime Elástico 17 RESUMO DO ASSUNTO | RESISTÊNCIAS DOS MATERIAIS CLIQUE AQUI PARA CONHECER O CURSO COMPLETO d 6.3. Problemas Estaticamente Indeterminados 1. ∑Mx = 0 ⇒ −T + TA + TB = 0 2. δA/B = 0 ⇒ TA∙LAC G∙It − TB∙LBCG∙It = 0 6.3. Problemas Estaticamente Indeterminados 18 RESUMO DO ASSUNTO | RESISTÊNCIAS DOS MATERIAIS CLIQUE AQUI PARA CONHECER O CURSO COMPLETO 7. Análise de Tensões e Deformações d7. Análise de Tensões e Deformações 7.1. Círculo de Mohr O Círculo de Mohr é um artifício visual introduzido pelo Eng. Otto Mohr com o intuito de auxiliar na dedução de fórmulas básicas relacionadas a análise das transformações de tensões no estado plano ou tridimensional. Tensão Média (CENTRO DA CIRCUNFERÊNCIA) 𝜎𝜎𝑀𝑀É𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷 = 𝜎𝜎𝑥𝑥 + 𝜎𝜎𝑦𝑦 2 Tensão Cisalhante Máxima (RAIO DA CIRCUNFERÊNCIA) 𝜏𝜏𝑥𝑥𝑦𝑦 = √( 𝜎𝜎𝑥𝑥 − 𝜎𝜎𝑦𝑦 2 ) 2 + 𝜏𝜏𝑥𝑥𝑦𝑦2 Coordenadas {𝑥𝑥 = (𝜎𝜎𝑥𝑥 ,−𝜏𝜏𝑥𝑥𝑦𝑦) 𝑦𝑦 = (𝜎𝜎𝑦𝑦 , +𝜏𝜏𝑥𝑥𝑦𝑦) Tensões Principais {𝜎𝜎1 = 𝜎𝜎𝑀𝑀Á𝑋𝑋 = 𝜎𝜎𝑀𝑀É𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷 + 𝑅𝑅𝜎𝜎2 = 𝜎𝜎𝑀𝑀Í𝑁𝑁 = 𝜎𝜎𝑀𝑀É𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷 − 𝑅𝑅 7 ANÁLISE DETENSÕES EDEFORMAÇÕES 7.1. Círculo de Mohr 19 RESUMO DO ASSUNTO | RESISTÊNCIAS DOS MATERIAIS CLIQUE AQUI PARA CONHECER O CURSO COMPLETO d Orientação 𝑡𝑡𝑡𝑡(2𝜃𝜃𝑝𝑝) = 𝜏𝜏𝑥𝑥𝑥𝑥 (𝜎𝜎𝑥𝑥 − 𝜎𝜎𝑥𝑥) 2⁄ 7.2. Convenção de Sinais • Quando a tensão de cisalhamento em determinada face tende a rodar o elemento no sentido horário, o ponto do círculo de mohr correspondente àquela face está localizado acima do eixo σ; • Quando a tensão de cisalhamento em determinada face tende a rodar o elemento no sentido anti-horário, o ponto do círculo de mohr correspondente àquela face está localizado abaixo do eixo σ; • Para as tensões normais: o σ> 0 (tração) = saindo da face o σ< 0 (compressão) = entrando na face 7.2. Convenção de Sinais 20 RESUMO DO ASSUNTO | RESISTÊNCIAS DOS MATERIAIS CLIQUE AQUI PARA CONHECER O CURSO COMPLETO d 7.3. Observações da Análise Tridimensional Se A e B estiverem localizados em lados opostos de O, a tensão de cisalhamento máxima será igual à tensão de cisalhamento máxima no plano das tensões; Se A e B estiverem localizados no mesmo lado de O, a tensão de cisalhamento máxima será diferente da tensão de cisalhamento máxima no plano das tensões; Se σA>σB> 0, a tensão de cisalhamento máxima será igual a 1 2 σA e corresponderá a uma rotação fora do plano das tensões. 7.3. Observações da Análise Tridimensional 21 RESUMO DO ASSUNTO | RESISTÊNCIAS DOS MATERIAIS CLIQUE AQUI PARA CONHECER O CURSO COMPLETO 8. Paredes Finas d 8. Paredes Finas Os vasos de pressão são ótimos exemplos de aplicação da análise do estado plano de tensão. Como as suas paredes oferecem pouca resistência à flexão, pode-se supor que os esforços internos que atuam em determinada parte da parede sejam tangentes à superfície do vaso. Desse modo, as tensões em um elemento da parede estarão contidas em um plano tangente à superfície do vaso. 8.1. Vasos Cilíndricos Esforços analisados: σ1 = tensãotangencialoucircunferencial σ2 = tensãolongitudinal ρ = pressão manométrica do flúido τ = tensão de cisalhamento 8 PAREDES FINAS 8.1. Vasos Cilíndricos 22 RESUMO DO ASSUNTO | RESISTÊNCIAS DOS MATERIAIS CLIQUE AQUI PARA CONHECER O CURSO COMPLETO d Fórmulas: σ1 = pr t σ2 = pr 2t ⟩ σ1 = 2σ2 τmáx (plano) = 1 2σ2 = pr 4t τmáx (fora do plano) = σ2 = pr 2t 8.2. Vasos Esféricos Esforços analisados: σ1 = tensãotangencialoucircunferencial σ2 = tensãolongitudinal ρ = pressão manométrica do flúido τ = tensão de cisalhamento Fórmulas: σ1 = σ2 = pr 2t τmáx (foradoplano) = 1 2σ1 = pr 4t 8.2. Vasos Esféricos 23 RESUMO DO ASSUNTO | RESISTÊNCIAS DOS MATERIAIS CLIQUE AQUI PARA CONHECER O CURSO COMPLETO d 9. Indicações de Referências Para uma melhor compreensão e aprofundamento do assunto, e um bom treinamento na resolução de questões, indicamos as referências utilizadas na elaboração desse resumo: • [Hibbeler] Mecânica Estática; • [Hibbeler] Resistência dos Materiais; • [Beer] Mecânica dos Materiais; 9. Indicações de Referências 24 RESUMO DO ASSUNTO | RESISTÊNCIAS DOS MATERIAIS CLIQUE AQUI PARA CONHECER O CURSO COMPLETO
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