Ensaios dos Materiais - 2022-1 - Relações entre material, fratura e tipo de solicitação

Prévia do material em texto

Professora: Estephanie NOBRE DANTAS GRASSI
Campina Grande, 2022
Universidade Federal de Campina Grande
Centro de Ciências e Tecnologia
Unidade Acadêmica de Engenharia Mecânica
Ensaios dos Materiais –UAEM/UFCG – 2022
A direção e o aspecto da fratura em metais, seja em 
ensaios laboratoriais ou durante a operação de peças 
funcionais, dependem de dois fatores:
• Tipo de material: dúctil ou frágil.
• Tipo de solicitação mecânica: tração, compressão, 
torção, etc.
Fratura frágil em barra sob tração Fratura dúctil em barra sob torção
A fratura ocorreu no mesmo 
plano, mas são ensaios e tipos 
diferentes de materiais!
Ensaios dos Materiais –UAEM/UFCG – 2022
RELAÇÃO ENTRE FRATURA 
E TIPO DE SOLICITAÇÃO MECÂNICA
O tipo de material vai definir o nível de resistência a 
diferentes tipos de tensões (normais ou cisalhantes):
Materiais Frágeis
• Rompem por clivagem (separação de 
planos cristalográficos, característica 
da deformação elástica);
• Fratura intergranular;
• Rompem primariamente sob 
cargas trativas;
• Na ausência de cargas trativas, 
rompem por cisalhamento
• Têm alta resistência a cargas 
compressivas.
Materiais Dúcteis
• Rompem por deslizamento de 
planos cristalográficos (característico 
da deformação plástica);
• Fratura transgranular;
• Rompem primariamente sob 
cargas cisalhantes (que promovem 
o deslizamento de planos 
cristalográficos).
Ensaios dos Materiais –UAEM/UFCG – 2022
RELAÇÃO ENTRE FRATURA 
E TIPO DE SOLICITAÇÃO MECÂNICA
O tipo de material vai definir o nível de resistência a 
diferentes tipos de tensões (normais ou cisalhantes):
𝜎+
𝜏
𝜎−
𝜏
𝜎+
Menor resistência
Maior resistência
𝜎+: normal trativa 𝜎−: normal compressiva 𝜏: cisalhanteTipos de cargas:
𝜎−
Materiais Frágeis Materiais Dúcteis
Ensaios dos Materiais –UAEM/UFCG – 2022
RELAÇÃO ENTRE FRATURA 
E TIPO DE SOLICITAÇÃO MECÂNICA
O tipo de solicitação mecânica define a distribuição de 
tensões no volume do material.
• A aplicação de cargas externas, macroscópicas, provoca um 
estado de tensão no material;
• Este estado de tensão pode ser definido para cada ponto 
(infinitesimalmente pequeno) do material/peça e pode variar com 
a direção em relação à direção de aplicação da carga externa;
• Assim, mesmo sob uma solicitação mecânica macroscopicamente 
uniforme (ex. tração pura, cisalhamento puro), o material 
experimenta outros tipos de tensão quando consideradas 
direções diferentes da direção de aplicação da força.
Ensaios dos Materiais –UAEM/UFCG – 2022
RELAÇÃO ENTRE FRATURA 
E TIPO DE SOLICITAÇÃO MECÂNICA
Conceito de tensões principais (máximas)
Devido a esta variação do estado de tensão (ou seja, do tipo e da magnitude 
das tensões) ponto a ponto e, em um mesmo ponto, em diferentes 
direções, é necessário que o engenheiro conheça os pontos e direções onde 
ocorrem as tensões máximas, que devem ser sempre inferiores às tensões 
limites que o material suporta!
Assim:
• Sabendo que um material frágil rompe prioritariamente sob cargas 
trativas, o(a) engenheiro(a) deve identificar os pontos da peça e as 
direções onde cargas trativas ocorrem.
• Sabendo que o material dúctil rompe por cisalhamento, o(a) engenheiro(a) 
precisa identificar onde ocorrem as cargas cisalhantes máximas. 
Ensaios dos Materiais –UAEM/UFCG – 2022
As relações entre carregamento e direção definem o conceito de tensões principais 
(determinadas através de equações de transformação ou graficamente através do 
Círculo de Mohr). A seguir são apresentados os estados de tensão e as direções de 
tensões principais (máximas) para três tipos de solicitação mecânica:
0°
45°
Ensaio de tração
Estado de tensão
Ensaio de compressão Ensaio de torsão
Ângulo em 
relação à direção 
de carregamento
σ/2 
σ/2 σ/2 
σ/2 -τ 
-τ τ 
τ 
σ 
σ 
-σ 
-σ 
-σ/2 
-σ/2 -σ/2 
-σ/2 τ 
τ -τ 
-τ 
-τ -τ 
τ 
τ 
σ 
σ -σ 
-σ 
Direção de 
tração 
máxima
Direção de 
cisalhamento máximo
Direção de 
cisalhamento máximo
Direção de 
cisalhamento 
máximo
Direção de 
tração 
máxima
Ensaios dos Materiais –UAEM/UFCG – 2022
Devido à existência da relação entre tipo de material e tipo de solicitação mecânica (que 
provoca um estado de tensão), temos os seguintes tipos de fraturas para diferentes 
ensaios mecânicos:
Frágil
Dúctil
Ensaio de tração
Ruptura
Ensaio de compressão Ensaio de torsão
⊥ direção de 
tração (90°)
// direção de 
cisalhamento 
máximo (45°)
Já que não há 
tração, ocorre // 
direção de 
cisalhamento 
máximo (45°)
Não há ruptura
⊥ direção de 
tração 
(helicoidal à 45°)
// direção de 
cisalhamento 
máximo (0°)
Material
*Os ângulos indicam a direção de ruptura em relação 
ao eixo longitudinal do corpo de prova ou peça.