Ensaio de compressão Diogo Garcia

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Universidade Federal de São Paulo
Instituto de Ciência e Tecnologia
Unidade Curricular Ensaio de Materiais
Ensaio de Compressão
Diogo Alvarenga Garcia - 140825
São José dos Campos, 2022
Palavras-chaves: Compressão direta, diametral.
1 - MATERIAIS E MÉTODOS
1.1 Materiais
Por meio da máquina de ensaios universal eletromecânica EMIC DL20000, com célula de carga
com capacidade de 10T, os ensaios de compressão foram realizados no suporte central da máquina
de forma direta e diametral segundo as normas ASTM C773 em CPs cerâmicos, ASTM E9 em
alumínio, ASTM D575 e ASTM D695 ao polímero de polimetilmetacrilato, com ressalva ao fato
das dimensões dos CPs que estavam fora das especificações. Além disso, foi utilizado um
deflectômetro para medir a variação no deslocamento do prato, limitado a um deslocamento
conservativo de segurança em 10mm.
1.2 Métodos MEDIÇÃO DIMENSÕES
Em temperatura ambiente (25°C) o primeiro corpo de prova (CP 1), composto por Alumina e de
geometria cilíndrica, foi medido e posicionado no centro do prato da máquina, para evitar
momentos fletores, em cima de uma chapa metálica, que auxiliou no teste ao minimizar a falta de
paralelismo do corpo de prova e por consequência na melhor distribuição das cargas na estrutura.
Em seguida, o prato superior foi aproximado e as cargas foram zeradas no contato com a chapa
metálica superior. A fixação do deflectômetro ocorreu de forma cuidadosa e as cargas foram
aplicadas até a fratura em fragmentos do CP, apresentado na Figura 1. De modo que, este
procedimento foi realizado em outros dois CPs (CP 6 e 10) de alumina na posição vertical de
contato com a base. Em seguida, foram realizados ensaios de compressão com o posicionamento
dos CPs (CP 2, 7 e 11) na direção horizontal, denominada diametral, ao passo que fitas de fixação
foram usadas para manter a geometria cilíndrica centralizada nos pratos, apresentado na Figura 2 .
Na medida que, as cargas foram aplicadas provocou encurtamento das seções seguidas da meridiana
até a ruptura dos CPs.
Figura 1 - CP de alumina Figura 2 - CP de alumina na posição diametral
Fonte: ICT - UNIFESP Fonte: ICT - UNIFESP
Em seguida foram ensaiados CP de alumínio (CP 3, 8 e 12), com geometria cilíndrica e os CP de
PMMA (CP 4, 9 e 14), com geometria prismática, os quais não tiveram a necessidade em utilizar
chapas metálicas para acomodações.
Figura 3 - CP de alumínio Figura 4 - CP de PMMA
Fonte: ICT - UNIFESP Fonte: ICT - UNIFESP
2 - RESULTADOS E DISCUSSÕES
2.1 Tensão (MPa) x deformação (%) dos corpos de prova de alumina
Ao conferir os dados de força (N) e encurtamento (mm) obtidos pelo software nos ensaios de
compressão direta, as curvas de tensão de compressão (MPa) por deformação de engenharia
(mm/mm) foram obtidas a partir da taxa de variação do comprimento do corpo de prova com
relação a demarcação inicial, apresentados na Figura 4. De modo que, proporção de encurtamento
na deformação foi dada por: εc = Δh/h0 = -(1-h/h0) e da tensão convencional aplicada foi obtida por:
σc = F/A0 = 4F/[π .(D0)2]. Nos ensaios de compressão diametral a proporção de encurtamento na
deformação foi dada por: εc = ΔL/D e da tensão convencional aplicada foi obtida por: σC = F/A0 =
2F/(π.h.D0), apresentados na Figura 5.
Figura 4 - Funções de tensão (MPa) x deformação Figura 5 - Funções de tensão (MPa) x deformação
de engenharia (mm/mm) em alumina direta de engenharia (mm/mm) em alumina diametral
Fonte: O autor
Os 3 CPs de alumina, apresentaram pequena passagem da fase elástica até a ruptura nos ensaios de
compressão direta, por se tratar de um material frágil. De modo que limitou-se a obtenção dos
valores de limite de escoamento. O módulo de elasticidade dos CPs foram obtidos pela relação
linear (tgα) no prolongamento inicial, o qual foi corrigido devido às acomodações com a chapa
metálica de sacrifício e com a máquina de ensaios. A compressão até a curta deformação foi
responsável por fornecer os valores de limite de resistência, além da deformação até a fratura (εc).
presentes na Tabela 1.
Por outro lado, os 3 CPs de alumina ensaiados pela compressão diametral, presentes na Figura 5,
apresentaram uma passagem mais rápida da fase elástica até a ruptura, quando comparados com os
ensaios de compressão direta. Ao passo que, ambos os ensaios foram realizados na mesma
velocidade (1mm/min). Esta significativa queda nos valores das propriedades mecânicas,
apresentadas na Tabela 1, foi ocasionada pela concentração de tensões que provocaram rupturas
internas na alumina quando ensaiadas na posição diametral. Deve-se destacar que o CP 2, tinha
maior altura e apresentou maior limite de resistência por possuir uma geometria capaz de distribuir
as tensões internas e suportar maiores cargas até a ruptura.
Tabela 1. Especificações e principais parâmetros extraídos da curva tensão-deformação dos CPs de alumina
CDP Ø do CP(mm)
h0 do CP
(mm)
V do ensaio
(mm/min)
𝐸
(GPa)
σe
(MPa)
σR
(MPa)
εc
(mm/mm)
CP 1 Al 2O3 10 8,5 1 55,9 - 973,11 0,0398
CP 6 Al 2O3 10 10 1 38,43 -
720,43 0,0770
CP 10 Al 2O3 10 8,6 1 61,98 - 969,69 0,0462
CP 2 Al 2O3 10 8,8 1 5,1 - 196,88 0,0807
CP 7 Al 2O3 10 7,5 1 6,1 - 181,78 0,0458
CP 11 Al 2O3 10 7,5 1 5,6 - 171,87 0,0646
Os resultados obtidos no ensaio de compressão direta da alumina variaram devido à diferença nas
geometrias responsáveis por causar momentos fletores e concentrações de carga. Essa divergência
foi exposta pelo CP 6 que possuía maior altura e resultou em menor valor de módulo elástico e
limite de resistência inferior dos outros CPs (1 e 10).
2.2 Tensão (MPa) x deformação (mm/mm) dos CP de alumínio e polimetilmetacrilato
Para os ensaios de compressão direta nos CPs de alumínio foi utilizada a proporção de
encurtamento para materiais dúcteis, onde a deformação foi dada por: εc = -ln(h0/h) e da tensão
convencional aplicada foi obtida por: σc = F/A0 = 4F/[π .(Di)2]. Neste sentido, foram obtidas as
curvas de tensão de compressão (MPa) por deformação de engenharia (mm/mm), a partir da taxa de
variação do comprimento do corpo de prova com relação a demarcação inicial, presente na Figura
6.
Figura 6 - Funções de tensão (MPa) x deformação de engenharia (mm/mm) em alumínio
Fonte: O autor
Os 3 CPs de alumínio foram ensaiados em deformações anteriores a sua ruptura, de modo que a
similaridade nas geometrias resultaram em valores próximos de suas propriedades mecânicas,
mesmo com um ensaio sendo realizado em velocidade diferente (CP 3 Al). Este padrão nos
resultados é referente ao caráter dúctil do alumínio, onde a continuidade ao suporte de cargas
impossibilitou a obtenção, neste presente estudo, dos valores de limite de resistência, presente na
Tabela 2. A região elástica dos CPs de alumínio ensaiados expõe o baixo valor do módulo elástico
quando comparados com a literatura. Uma vez que, a baixa proporção na relação entre altura e
diâmetro dos cilindros é de: 1,6 < h0 /D0< 1,64. E indicam imperfeições na geração de dados ao
não impedir o atrito presente no ensaio.
Para os ensaios de compressão direta nos CPs de PMMA foi utilizada a proporção de encurtamento
para materiais dúcteis relacionando sua base, onde a deformação foi dada por: εc = -ln(h0/h) e da
tensão convencional aplicada foi obtida por: σc = F/A0 = F/(Ba . Bb), ilustrados na Figura 4. Nestes
ensaios, o caráter dúctil na compressão do polímero resultou na elevada capacidade de deformação
dos CPs somada ao escoamento aparente, além dos adequados valores de módulo elástico, presente
na Tabela 2.
Figura 4 - Funções de tensão (MPa) x deformação de engenharia (mm/mm) em PMMA
Fonte: O autor
Os 3 CPs de PMMA foram ensaiados em deformações até a ruptura, de modo que a similaridade
nas geometrias resultaram em valores próximos de suas propriedades mecânicas. Porém, a
velocidade empregada foi um fator que diferenciou o resultado final do ensaio, tendo como
exemplo os valores obtidos pelo CP 9, onde a submissão de uma velocidade superior resultou em
um módulo elástico superior mas com uma deformação de ruptura inferior comparada aosoutros
CPs, devido a compressão da fase amorfa do polímero durante o ensaio. Os limites de escoamento
dos CPs foram obtidos pelo método offset em que induziram a proximidade da deformação plástica
dos CPs de PMMA.
Tabela 2 Especificações e parâmetros extraídos da curva tensão-deformação dos CPs de alumínio e PMMA
CPs Ø do CP(mm)
h0 do CP
(mm)
V do ensaio
(mm/min)
𝐸
(GPa)
σe
(MPa)
σR
(MPa)
εc
(mm/mm)
CP 3 Al 12,6 20 1 44,69 173,3 - 0,3851
CP 8 Al 12,5 20 2 31,98 171,49 - 0,4057
CP 12 Al 12,6 20,5 2 23,7 172,94 - 0,3974
CPs Base do CP(mm)
H do CP
(mm)
V do ensaio
(mm/min)
𝐸
(GPa)
σe
(MPa)
σR
(MPa)
εc
(mm/mm)
CP 4 PMMA 6,2 x 12,4 18,5 1 3,49 107,31 107,40 0,3318
CP 9 PMMA 6,2 x 13 17,6 5 4,13 115,62 116,66 0,3066
CP 14 PMMA 6,2 x 11,7 18 2 3,92 109,67 109,82 0,3708
3 - CONCLUSÃO
O estudo de compressão possibilitou obter os principais valores de propriedades mecânicas da
alumina, alumínio e PMMA a partir das curvas de tensão x deformação de engenharia, onde as
cargas empregadas resultaram em escoamentos e rupturas. A composição dos CPs teve relação
direta com seus comportamentos mecânicos, além da região de contato com os pratos. Já que em
materiais resistentes a compressão como a alumina, somada a falta de paralelismo resultou na
concentração de cargas e zonas de acomodação que divergiram das especificações.
A ductilidade do alumínio conciliada a uma geometria concentrada de atritos impossibilitou a
obtenção dos valores de limite de escoamento além de restringir o módulo elástico dos CPs.
Os CPs de PMMA foram comprimidos até a ruptura em fragmentos e a diferença na velocidade
aplicada induziram na variação dos valores de propriedades mecânicas, devido a compressão de sua
fase amorfa.
Neste sentido, as condições e métodos empregados neste estudo desviaram no aspecto geométrico
das normas seguidas de referência.
4 - REFERÊNCIAS
● GARCIA; Amauri; SPIM; Jaime Alvares; SANTOS; Carlos Alexandre dos. Ensaios dos materiais.
Rio de Janeiro: LTC, c2000.
● UNIFESP-ICT. Disponível em:
<https://drive.google.com/file/d/1Un-7JEtOqzeQ-isX7n6Kirf9k6lREBvb/view>