LISTA DE EXERCÍCIOS resolvida

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LISTA DE EXERCÍCIOS – MÁQUINAS DE ELEVAÇÃO E PROJETOS DE ENGENHARIA
Lucas de Oliveira RA: 232986712986. Engenharia Mecânica 10ª série
1) Para algumas ligas de aço, o limite de resistência à fadiga é a tensão limite na qual: 
a) Acima dela é considerado vida infinita. 
b) O número de ciclos é decrescente. 
c) Acima dela não haverá deformação. 
d) Abaixo dela não irá ocorrer falha por fadiga.(Correta)
e) O material voltará ao comprimento inicial. 
JUSTIFICATIVA:
2) Quando um metal é submetido a tensões ou deformações cíclicas, há uma quebra de sua estrutura, o que leva o metal à ruptura. Este comportamento chama-se. 
a) Fadiga. (Correta)
b) Fluência. 
c) Flambagem. 
d) Deformação por cisalhamento. 
e) Resiliência 
JUSTIFICATIVA: é o fenômeno de ruptura progressiva de materiais sujeitos a ciclos repetidos de tensão ou deformação. O estudo do fenômeno é de importância para o projeto de máquinas e estruturas, uma vez que a grande maioria das falhas em serviço são causadas pelo processo de fadiga, cerca de 95%
3) Considerando que a fadiga é uma forma de falha que ocorre em estruturas que estão sujeitas a tensões dinâmicas e oscilantes, como pontes, aeronaves e componentes de máquinas, assinale a opção correta. 
a) A falha por fadiga é caracterizada por três etapas distintas: a iniciação da trinca, a propagação da trinca e a fratura final. 
b) As trincas associadas a falhas por fadiga quase sempre se iniciam no interior de um componente, em algum ponto concentrador de tensões. (Correta)
c) A região de uma superfície de fratura que se formou durante a etapa de propagação de uma trinca pode ser lisa ou estriada. 
d) Sempre que há a presença de trincas existe o risco de o componente se fraturar, uma vez que a velocidade de propagação da trinca é muito alta. 
e) O comportamento em fadiga de materiais de engenharia é altamente sensível a algumas variáveis, tais como a geometria da peça e o nível médio de tensão, mas praticamente independe do ambiente. 
JUSTIFICATIVA: A falha por fadiga é geralmente de natureza frágil mesmo em materiais dúcteis, é comum ocorrer em estruturas como pontes, aviões, componentes de máquinas, etc... Nessas situações o material rompe com tensões muito inferiores à correspondente à resistência a tração, sendo uma forma de falha ou ruptura que ocorre nas estruturas sujeiras à forças dinâmicas e ciclicas.
4) Assinale a alternativa que apresenta, em ordem cronológica, as cinco primeiras atividades da metodologia de projetos. 
a) Síntese, Identificação da necessidade, Definição dos objetos, Pesquisa de suporte e Especificação de tarefas. 
b) Identificação da necessidade, Definição dos objetos, Pesquisa de suporte, Especificação de tarefas e Síntese. 
c) Identificação da necessidade, Pesquisa de suporte, Definição dos objetos, Especificação de tarefas e Síntese. (Correta)
d) Definição dos objetos, Pesquisa de suporte, Identificação da necessidade, Especificação de tarefas e Síntese. 
e) Definição dos objetos, Identificação da necessidade, Especificação de tarefas, Síntese e Pesquisa de suporte. 
JUSTIFICATIVA: Em geral a tarefa mais difícil na elaboração do projeto é determinar todos os esforços exercidos sobre a máquina. Se os esforços forem conhecidos, as tensões poderão ser calculadas. Algumas atividades podem ser listadas para auxiliar no desenvolvimento da metodologia do projeto.
5) Assinale a alternativa que apresenta, em ordem cronológica, as cinco últimas atividades da metodologia de projetos. 
a) Análise, Seleção, Projeto detalhado, Protótipo e Produção. (Correta)
b) Projeto detalhado, Análise, Protótipo, Seleção e Produção. 
c) Análise, Projeto detalhado, Seleção, Protótipo e Produção. 
d) Projeto detalhado, Seleção, Análise Protótipo e Produção. 
e) Análise, Seleção, Protótipo, Projeto detalhado e Produção. 
 JUSTIFICATIVA: Como uma continuação da tabela 1. Metodologia de projetos, a justificativa está respondida na pergunta 4. 
6) É extremamente importante para todo engenheiro desenvolver hábitos computacionais bons e cuidadosos. Solucionar problemas complicados exige uma abordagem organizada. Problemas de projetos também exigem bons hábitos de manutenção de registros e documentação para registrar muitas hipóteses e decisões de projeto feitas ao longo do trabalho de modo que o processo de raciocínio do projetista possa ser reconstruído posteriormente se for necessário um reprojeto. Para isso existe um procedimento sugerido que relaciona a sequência apropriada da realização das tarefas, assinale a alternativa que apresenta corretamente essa sequência. 
a) Estágio de projeto preliminar; Estágio de definição; Estágio da documentação e Estágio do projeto detalhado. 
b) Estágio de definição; Estágio de projeto preliminar; Estágio da documentação e Estágio do projeto detalhado. 
c) Estágio de projeto preliminar; Estágio da documentação; Estágio de definição e Estágio do projeto detalhado. (Correta)
d) Estágio de definição; Estágio de projeto preliminar; Estágio do projeto detalhado e Estágio da documentação. 
e) Estágio de definição; Estágio da documentação, Estágio de projeto preliminar e Estágio do projeto detalhado. 
JUSTIFICATIVA: Estágio de projeto preliminar, estágio da documentação, estágio de definição e estágio do projeto detalhado.
Pois todo projeto precisa primeiramente de um pré-projeto, denominado por preliminar nesta questão, depois precisa ser documentado para enfim ser definido e por fim detalhado.
7) O que quer que se projete, tem que ser feito de algum material e deve ser possível fabricá-lo. Uma sólida compreensão das propriedades, dos tratamentos e dos processos de fabricação dos materiais é essencial para se realizar bons projetos de máquinas. As propriedades mecânicas de um material são geralmente determinadas por meio de testes destrutivos de amostras sob condições de carregamento controladas. O ensaio de tração é o mais utilizado para levantar diversas propriedades mecânicas e entres essas propriedades existe uma que é fundamental para o cálculo de qualquer projeto, o Módulo de Young. Indique a alternativa que descreve corretamente o que é o Módulo de Young e a letra utilizada para sua representação. 
a) É uma medida da rigidez do material em sua região elástica e tem as mesmas unidades da tensão, a letra utilizada para sua representação é E; (Correta)
b) É uma medida da rigidez do material em sua região plástica e tem as mesmas unidades da tensão, a letra utilizada para sua representação é E; 
c) É uma medida da deformação do material em sua região elástica e tem as mesmas unidades da tensão, a letra utilizada para sua representação é E; 
d) É uma medida da rigidez do material em sua região plástica e tem as mesmas unidades da tensão, a letra utilizada para sua representação é G; 
e) É uma medida da deformação do material em sua região elástica e tem as mesmas unidades da tensão, a letra utilizada para sua representação é G. 
JUSTIFICATIVA: É uma medida da rigidez do material em sua região elástica e tem as mesmas unidades da tensão, a letra utilizada para sua representação é E.
É um parâmetro fundamental para a engenharia e aplicação de materiais pois proporciona uma media de rigidez de materiais sólidos.
8) Quanto a ensaio de tração, escolha a alternativa CORRETA. 
a) O limite de resistência à tração e à tensão obtida no final do ensaio de tração. 
b) A região plástica do material é caracterizada por ser uma região de deformação permanente. (Correta)
c) O escoamento indica o início da zona elástica; 
d) O limite de ruptura é a maior tensão que o material pode suportar; 
e) Na região elástica, se a carga for retirada, o material não volta às dimensões originais. 
JUSTIFICATIVA: A região plástica do material é caracterizada por ser uma região de deformação permanente. A alternativa está correta pois na região, plástica a deformação é permanente e na elástica não.
9) No ensaio de tração de uma barra de aço acontece um fenômeno de redução da seção transversal da barra, denominado de estricção, conforme figura a seguir. 
Essefenômeno ocorre em razão de uma propriedade do material, denominada: 
a) Fragilidade. 
b) Maleabilidade. 
c) Ductilidade. (Correta)
d) Tenacidade. 
e) Resiliência. 
JUSTIFICATIVA: A estricção determina a ductibilidade do material. Quanto maior for a porcentagem de estricção, mais dúctil será o material
10) “Uma barra fina é simplesmente apoiada em cada extremidade como uma viga e carregada transversalmente no centro de seu comprimento até a falha ocorrer. Se o material for dúctil, a falha será por escoamento. Se o material for frágil, a viga se romperá”. Essa frase se refere a qual ensaio mecânico? 
a) Tração. (Correta)
b) Compressão. 
c) Flexão. 
d) Torção. 
e) Fadiga. 
JUSTIFICATIVA: Neste ensaio analisa-se a ductibilidade e fragilidade do material carregado a amostra levando o material desde a zona elástica, zona plástica e até a falha ocorrer. 
11) “As propriedades de cisalhamento de um material são mais difíceis de serem determinadas do que suas propriedades de tração. Um corpo de prova semelhante ao corpo de prova do teste de tração é feito de modo que possa ser torcido em torno de seu eixo até se romper”. Essa frase se refere a qual ensaio mecânico? 
a) Tração. 
b) Compressão. 
c) Flexão. 
d) Torção. (Correta)
e) Fadiga. 
JUSTIFICATIVA: Como o próprio nome se refere, o material é torcido ao redor de seu próprio eixo. Ao realizar um ensaio em um material dúctil marcado com uma linha pintada ao longo de seu comprimento é possível visualizar ao final que a linha faz uma rotação helicoidal ao redor do material, mostrando que ele girou varias vezes.
12) “A capacidade de um material de absorver energia por unidade de volume sem deformação permanente” é a definição teórica de qual propriedade mecânica? 
a) Fragilidade. 
b) Maleabilidade
c) Ductilidade. 
d) Tenacidade. 
e) Resiliência. (Correta)
JUSTIFICATIVA: Também pode ser denominado como módulo de resiliência Ur e representa a energia por volume necessária para tencionar o material até seu limite de escoamento. Matematicamente, Ur é a área sob a curva de tensão-deformação até o limite de escoamento. Materiais resilientes possuem elevado limite de escoamento e pequenos módulos de elasticidade. 
13) “A capacidade de um material de absorver energia por unidade de volume sem ruptura” é a definição teórica de qual propriedade mecânica? 
a) Fragilidade. 
b) Maleabilidade. 
c) Ductilidade. 
d) Tenacidade. (Correta)
e) Resiliência. 
JUSTIFICATIVA: também é denominada como módulo de tenacidade Ur, é igual a área sob o diagrama tensão-deformação até o ponto de ruptura. A geometria do corpo e o tipo de carga interferem muito na determinação de tenacidade do material. Um material dúctil com resistência a tração semelhante a um material frágil será muito mais tenaz.
14) Sobre as características de uma fratura dúctil por tração, assinale a opção INCORRETA. 
a) Em metais extremamente dúcteis existe a formação de um pescoço até a fratura pontual. 
b) A parte final é caracterizada por uma rápida propagação de trinca mediante uma deformação cisalhante em um ângulo de 45º em relação ao eixo de tração. 
c) A clivagem é o processo característico desse tipo de fratura. (Correta)
d) A região interna central tem aparência irregular e fibrosa. 
e) Na análise fractográfica microscópica aparecem numerosas microcavidades esféricas. 
JUSTIFICATIVA: Pois a clivagem é um micro-mecanismo de fratura que ocorre pela separação dos planos cristalinos com baixo acúmulo de energia. Quando a ruptura ocorre predominantemente por este ripo de mecanismo, não existe deformação macroscópica e a fratura é frágil.
15) Diversos testes foram criados para medir a capacidade dos materiais de resistir a cargas de impacto, qual alternativa indica os dois ensaios mais utilizados para isso? 
a) Charpy e Rockwell. 
b) Izod e Rockwell. 
c) Charpy e Brinell. 
d) Izod e Brinell. 
e) Izod e Charpy. (Correta)
JUSTIFICATIVA: Consiste em golpear um corpo de prova entalhado com pêndulo e registrar a energia cinética necessária para quebrar a amostra em uma determinada temperatura. Eles proporcionam um meio de comparar a capacidade de absorção de energia de vários materiais sob condições controladas.
16) “É difícil obter um diagrama tensão-deformação útil a partir desse ensaio porque um material dúctil escoa e aumenta a área de sua seção transversal eventualmente enguiçando a máquina de teste.”. Essa frase se refere a qual ensaio mecânico? 
a) Tração.
b) Compressão. (Correta)
c) Flexão. 
d) Torção. 
e) Fadiga. 
JUSTIFICATIVA: Os materiais dúcteis tem resistência a compressão semelhante a resistência a tração, onde o diagrama tensão-deformação na tração é utilizada para representar seu comportamento sob compressão. (curiosidade: materiais frágeis geralmente tem resistência muito maior a compressão do que à tração, visto que ao ensaiar o material ele se rompe ao invés de esmagar).
17) A figura abaixo mostra os resultados obtidos em ensaios de tração realizados em dois corpos de prova de aço. 
O corpo C1 foi carregado até o ponto A, e o corpo C2 foi carregado até o ponto B. Considerando-se que, em ambos os ensaios, após o carregamento, os corpos foram totalmente descarregados, as deformações resultantes, após o descarregamento dos corpos C1 e C2, são, respectivamente, iguais a: 
a) zero e zero. 
b) zero e ε2. 
c) zero e ε3.(correta)
d) ε1 e ε2. 
e) ε1 e ε3. 
JUSTIFICATIVA: O diagrama tensão-deformação do aço baixo carbono é um material dúctil, onde o aço doce tem a presença de uma região plástica significativa no diagrama onde fica evidente sua ductibilidade.
18) A figura abaixo mostra os resultados obtidos em ensaios de tração realizados em dois corpos de prova de aço. 
Os pontos 1, 2 e 3 da curva desse diagrama tensão x deformação representam, respectivamente, os limites: 
a) elástico, de resistência e de ruptura. 
b) elástico, plástico e de ruptura. (correta)
c) elástico, de ruptura e de escoamento. 
d) de proporcionalidade, elástico e de resistência. 
e) de resistência, elástico e de fadiga. 
JUSTIFICATIVA: O ponto 1 indicado na figura é o limite de elástico ou ponto onde o material adquirirá uma forma permanente ou deformação plástica, já o limite elástico marca liminar entre as regiões de comportamento elástico e comportamento plástico do material e o ponto 2 destina-se o limite máximo onde o material acaba se rompendo.
19) Explique as 4 classes de solicitações dos carregamentos. 
CARREGAMENTO NORMAL – Quando inclui apenas as ações decorrentes do uso previsto para a construção, é considerado de longa duração e deve ser verificado nos estados limites últimos e de utilização.
CARREGAMENTO ESPECIAL – inclui ações variáveis de natureza ou intensidade especiais, superando efeitos considerados para um carregamento normal. Como por ex: o transporte de um equipamento especial sobre uma ponte que supere o carregamento considerado.
CARREGAMENTO EXCEPCIONAL - Na existência de ações com efeitos catastróficos o carregamento é definido como excepcional, e corresponde à classe de carregamento de duração instantânea. Como exemplo temos a ação de um terremoto.
CARREGAMENTO DE CONSTRUÇÃO - Outro caso particular de carregamento é o de construção, onde os procedimentos de construção podem levar a estados limites últimos, como por exemplo, o içamento de uma treliça.
20) Explique, simplificadamente, o que é o carregamento hidrostático. 
Componentes de energia de deformação, pode-se definir que a energia total de deformação em uma peça carregada consiste em duas componentes devido ao CARREGAMENTO HIDROSTÁTICO primeiro muda seu volume e segundo devido à distorção, no qual muda sua forma. Se separarmos as duas componentes, a parcela energia de distorção vai dar uma medida de tensão de cisalhamento presente no carregamento hidrostático.
21) A Figura mostra diagramas tensão-deformação para três corpos de prova rompidos. Todos estão construídos na mesma escala. 
	
• Caracterize cada material como dúctil ou frágil. 
RESPOSTA: 
(a) – FRÁGIL
(b) – FRÁGIL 
(c) – DUCTIL 
• Qual é o maisrígido? 
RESPOSTA: (b) – É mais rígido 
• Qual tem o mais alto limite de ruptura? 
RESPOSTA: (b) – tem o mais alto limte de ruptura 
• Qual tem a maior energia de resiliência? 
RESPOSTA: (a) – tem a maior energia de resiliência 
• Qual tem a maior energia de tenacidade? 
RESPOSTA: (c) – tem a maior energia a tenacidade
22) Desenhe e explique os modelos geométricos das trincas. 
23) Explique o que acontece quando o fator de intensidade de tensão K for menor que o valor crítico Kc e quando atinge o Kc. 
RESPOSTA: Quando o fator de intensidade de tensão K é menor que o valor critico de tenacidade à fratura Kc, o material em questão é capaz de suportar a tensão na ponta de uma trinca sem que ocorra uma ruptura. Mas, quando a intensidade de tensão K atinge o valor da tenacidade à fratura Kc, uma fratura súbita ocorre sem qualquer aviso.
24) Uma tira de aço projetada para suportar 70000 N de tração axial foi acidentalmente talhada durante sua produção e agora tem uma trinca em sua borda. Determine seu fator de intensidade de tensão K “trincado” baseado na mecânica da fratura. Quão grande a trinca poderia ficar antes da falha? 
DADOS: O material é aço com Kc = 66 MPa-m0,5. A largura b = 80 mm e a espessura t = 3,5 mm. O comprimento da trinca a = 8 mm. A trinca está completamente paralela à espessura, em uma borda de 80 mm de largura, similar à Figura. 
Para resolver esse exercício, utilize a seguinte hipótese: O carregamento é estático o conjunto está a temperatura ambiente. A fração a / b é < 0,13, o que permite usar a Equação: 𝐾=1,12 ∙ 𝜎𝑛𝑜𝑚∙ √𝜋∙𝑎