Relatório 3 Ensaios

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO PAULO
CAMPUS SÃO JOSÉ DOS CAMPOS
RELATÓRIO - PRÁTICA 3
ENSAIO DE COMPRESSÃO
Docente responsável: Profº Drº Dilermando Nagle Travessa
Discentes: Hannah Taynan Rufino Gomes - 150118
Luiz Henrique Cavalheiro Menezes - 148541
Ricardo Brandao - 148107
São José dos Campos
2022
1. Objetivos.
O objetivo dessa prática foi aprender como realizar uma boa execução de
ensaio de compressão em cerâmicas, metais e polímeros. Além da execução de
ensaios de compressão direta em corpos de prova cilíndricos e plotar curvas de
tensão x deformação, sabendo analisar os resultados obtidos com as propriedades
relevantes.
2. Métodos.
Iniciou-se a prática com a retirada das medidas dos corpos de prova para
futuro cálculo das tensões e deformações sofridas. No experimento em questão
adotou-se diferentes velocidades de ensaio, sendo realizados em 0,5 mm/min para
as amostras de Al2O3, 2 mm/min para as amostras de aço e alumínio e 5 mm/min
para as amostras de PMMA, assim adequando as velocidades para cada tipo de
material.
Com os corpos de prova medidos corretamente, foi dado início aos
procedimentos do ensaio, primeiramente as amostras foram posicionadas no centro
do prato para evitar momentos fletores, em seguida, exceto para o PMMA, uma fina
chapa metálica de inox de 0,5mm de espessura foi colocada entre os pratos e as
amostras para garantir uma aplicação homogênea do carregamento e preservar a
superfície dos pratos. Para evitar a flambagem dos corpos de prova foi adicionado
grafite em pó na superfície e em baixo dos corpos de prova para assim diminuir o
atrito com a chapa metálica. Com os corpos de prova posicionados corretamente e
com o deflectômetro fixado cuidadosamente, para medir a redução de altura das
amostras, foi dado início nos testes a partir do software instalado no computador
conectado à máquina.
Por fim, com os resultados gerados e coletados a partir do computador, os
mesmos foram tratados no software Excel obtendo as curvas de tensão x
deformação de engenharia e retirando da mesma algumas das principais
propriedades mecânicas do material em análise.
3. Resultados e Discussões.
A partir dos dados de Força (N) e encurtamento (mm) obtidos nos ensaios
de compressão direta, as curvas de tensão x deformação de engenharia foram
obtidas a partir da variação da altura dos corpos de prova.
Para obter as curvas, foi considerado a tensão dada pela equação:
, sendo a força aplicada e a área inicial. Já paraσ = 𝐹/𝐴
0
= 4𝐹/𝜋𝐷
0
2 𝐹 𝐴
0
deformação, foi calculada pela equação [1]. Com osε
𝑐
= ∆ℎ/ℎ
0
=− (1 − ℎ/ℎ
0
)
valores obtidos foi possível plotar as curvas tensão x deformação de engenharia,
como podem ser observadas a seguir (Figura 1):
Figura 1: Curva tensão x deformação de engenharia para todos os corpos de prova
Fonte: O autor
A partir da curva tensão x deformação acima e os dados da tabela calculados
foi possível obter 4 das principais propriedades mecânicas para os ensaios de
compressão. Dentre elas: Módulo de elasticidade (E), limite de escoamento ( ),σ
𝑒
tensão de ruptura ( ) que será igual ao limite de resistência e alongamento total ( σ
𝑅
).𝐴𝑙
𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
Tabela 1. Propriedades obtidas a partir das curvas de tensão x deformação de engenharia para os
corpos de prova ensaiados.
Amostra /
Proprieda
de
V
(mm/min)
Diâmetro
do CP
(mm)
E
(GPa)
σ
𝑒
(MPa)
(MPa)σ
𝑅
(%)𝐴𝑙
𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
Al203 - 1 0,5 10,0 3,5 — 874,8 1,4
Al2O3 - 2 0,5 10,0 0,5 — 200,6 1,0
Aço - 1 2,0 7,2 78,3 895,4 2093,5 21,4
Aço - 2 2,0 7,0 85,9 868,5 2178,7 23,8
Al - 1 2,0 8.0 32,8 484,9 1248,8 41,9
Al - 2 2,0 8,0 46,2 808,0 1348,4 27,1
PMMA - 1 5,0 7,8 6,3 221,6 747,7 56,2
PMMA - 2 5,0 7,7 6,1 214,8 936,5 58,4
A tabela acima foi montada com algumas das propriedades mais relevantes
do material, tomando os seguintes procedimentos de cálculo.
Para o módulo elástico foi extraído do gráfico original apenas a parte linear
do mesmo, fazendo assim um fit linear e retirando o coeficiente angular da reta,
valor este coerente com o módulo elástico. É possível a visualização do método
adotado pela (Figura 2):
Figura 2: aproximação do módulo elástico para a amostra de PMMA-2
Fonte: O autor
Em específico, a imagem acima foi utilizada para cálculo do módulo de
elasticidade do PMMA - 2, verificando sua eficiência pelo valor de R2, valor esse
muito próximo de 1, o que evidencia a linearidade desse período. Vale ressaltar que
para alguns materiais os pontos iniciais não foram considerados para os cálculos,
visto que são valores que apresentam acomodações do sistema em geral.
Para a tensão de escoamento foi utilizado o método OffSet para cálculo,
rebatendo o valor de tensão no eixo quando há uma deformação de 0,02. Vale
ressaltar ainda que na tabela 1 não há valores dessa propriedade para a alumina
visto que a mesma não escoou devido a apresentar apenas fase elástica até sua
ruptura, limitando a obtenção de dados.[1]
Já para o limite de resistência à compressão, valor esse coincidente com o
valor da tensão de ruptura, bastou extrair o último ponto de tensão de cada curva,
visto que nos ensaios de compressão, a tensão é, na maioria dos casos, crescente.
Analogamente ao limite de resistência à compressão, para cálculo do
alongamento total bastou extrair o último ponto da curva e rebater no eixo x.
Agora tratando-se a respeito dos valores obtidos, quando analisa-se os
materiais par a par é possível notar uma boa repetibilidade de resultados de modo
geral, mesmo com uma amostragem bastante pequena(2). O material em que teve o
maior desvio foi a alumina, tanto para o módulo elástico como para o limite de
resistência. Essa inconsistência acontece pela falta de homogeneidade em corpos
de prova cerâmicos, tanto pela porosidade presente, pela técnica de conformação
aplicada, provavelmente prensagem, como pela sinterização pós conformação.
Vale ressaltar que alguns ensaios não foram concluídos, tanto por limite de
carga atingido, quanto por incapacidade de aferir as deformações sofridas pelos
materiais.
Ambos os ensaios envolvendo corpos de prova de aço não foram concluídos
por atingirem o limite de carga, esse estipulado pelo operador da máquina. Portanto
os valores presentes na tabela não são 100% válidos e confiáveis.
No ensaio envolvendo o corpo de prova de Alumínio - 1 também foi
interrompido por interrupção na aquisição do deslocamento (compressômetro),
devido a sua alta ductilidade. Portanto, da mesma maneira que para o aço, os
valores expostos na tabela 1 não são 100% válidos.
A comparação dos resultados obtidos com a literatura é de difícil execução,
visto que na prática em questão não houve divulgação das especificações dos
materiais e também pela pouca quantidade de ensaios realizados, portanto pela
baixa amostragem obtida.
4. Conclusão.
Analisados os resultados foi possível obter os valores das principais
propriedades mecânicas do alumínio, do aço, da alumina e do PMMA e retirar
resultados bastante satisfatórios da mesma. Também foi crucial para o
entendimento de uma execução perfeita de um ensaio de compressão amparado
pelas normas ASTM C1424, ASTM E9 e ASTM D695. Foi possível a observação
dos diferentes comportamentos de cada material quando submetido a compressão e
a repetibilidade dos resultados quando ensaiados o mesmo material. De maneira
geral o objetivo da prática foi alcançado com êxito.
5. Referências.
[1] A. Garcia, J.A. Spim e C.A. dos Santos, Ensaios dos Materiais. Rio de Janeiro.
Livros técnicos e científicos Editora S.A.(LTC).