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13 Universidade Pitágoras Unopar Anhanguera CURSO SUPERIOR EM ENGENHARIA MECÂNICA 4° SEMESTRE RESISTÊNCIA DOS MATERIAIS PARAGOMINAS 2024 Marcos Vinicius Monteiro AULA PRÁTICA RESISTÊNCIA DOS MATERIAIS , Roteiro de Aula Prática apresentado a Universidade ANHANGUERA como requisito para obtenção de média para a disciplina de RESISTÊNCIA DOS MATERIAIS. Tutor(a) à Distância: Alef Ferreira Paragominas/PA 2024 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO 3 2 DESENVOLVIMENTO 4 2.1 ENSAIO DE TRAÇÃO 4 2.2 ENSAIO DE TORÇÃO 11 2.3 ENSAIO DE COMPRESSÃO 14 3 CONCLUSÃO 16 REFERÊNCIAS 17 INTRODUÇÃO A disciplina de Resistência dos Materiais é fundamental no campo da engenharia, pois fornece uma base crucial para entender o comportamento mecânico de diversos materiais submetidos a diferentes tipos de esforços. Neste estudo, serão conduzidos uma série de ensaios práticos utilizando o laboratório virtual Algetec, com o intuito de analisar as propriedades de tração, torção e compressão de metais amplamente empregados na indústria, como o aço carbono, o titânio e o alumínio. A seleção desses materiais é extremamente pertinente, considerando que eles são amplamente utilizados em diversas aplicações industriais devido às suas características de resistência e leveza. A análise do comportamento desses metais sob diferentes condições de carga é essencial para o desenvolvimento de projetos seguros e eficientes no campo da engenharia. Nos experimentos, serão coletados dados precisos sobre os pontos de ruptura dos materiais, possibilitando uma avaliação aprofundada de suas propriedades mecânicas. As conclusões obtidas serão determinantes para a elaboração de projetos de engenharia, garantindo que os materiais escolhidos atendam aos requisitos de segurança e desempenho necessários. DESENVOLVIMENTO ENSAIO DE TRAÇÃO Material Aço Carbono ASMT A36 CP 01 CP 02 CP 03 carga (kgf/cm²) Força (kgf) Força (N) deformação carga (kgf/cm²) Força (kgf) Força (N) deformação carga (kgf/cm²) Força (kgf) Força (N) deformação 13 84,5 828,6662 0 13 84,5 828,6662 0 12 78 764,9226 0 50 325 3187,178 0,01 50 325 3187,178 0,01 50 325 3187,1775 0,01 76 494 4844,51 0,02 82 533 5226,971 0,02 86 559 5481,9453 0,03 93 604,5 5928,15 0,03 94 611 5991,894 0,04 90 585 5736,9195 0,12 96 624 6119,381 0,35 110 715 7011,791 0,54 110 715 7011,7905 0,54 132 858 8414,149 0,9 137 890,5 8732,866 1,09 135 877,5 8605,37925 1,09 142 923 9051,584 1,45 143 929,5 9115,328 1,63 142 923 9051,5841 1,64 145 942,5 9242,815 2,01 145 942,5 9242,815 2,19 144 936 9179,0712 2,36 156 1014 9943,994 2,55 145 942,5 9242,815 2,74 145 942,5 9242,81475 2,93 145 942,5 9242,815 3,11 145 942,5 9242,815 3,28 143 929,5 9115,32765 3,46 144 936 9179,071 3,65 143 929,5 9115,328 3,84 140 910 8924,097 4,01 139 903,5 8860,353 4,19 140 910 8924,097 4,19 134 871 8541,6357 4,56 131 851,5 8350,405 4,75 132 858 8414,149 4,75 127 825,5 8095,43085 4,98 123 799,5 7840,457 5,12 116 754 7394,252 5,29 105 682,5 6693,07275 0 105 682,5 6693,073 0 107 695,5 6820,56 0 Material Alumino 2024 CP 01 CP 02 CP 03 carga (kgf/cm²) Força (kgf) Força (N) deformação carga (kgf/cm²) Força (kgf) Força (N) deformação carga (kgf/cm²) Força (kgf) Força (N) deformação 25 162,5 1593,589 0 26 169 1657,332 0 24 156 1529,8452 0 100 650 6374,355 0,1 100 650 6374,355 0,1 99 643,5 6310,61145 0,1 143 929,5 9115,328 0,21 121 786,5 7712,97 0,14 140 910 8924,097 0,14 151 981,5 9625,276 0,32 150 975 9561,533 0,2 147 955,5 9370,30185 0,2 167 1085,5 10645,17 0,98 154 1001 9816,507 0,32 160 1040 10198,968 0,32 178 1157 11346,35 1,64 172 1118 10963,89 0,99 164 1066 10453,9422 0,99 183 1189,5 11665,07 2,08 183 1189,5 11665,07 1,64 175 1137,5 11155,1213 1,64 189 1228,5 12047,53 2,96 188 1222 11983,79 2,29 180 1170 11473,839 2,29 192 1248 12238,76 3,61 194 1261 12366,25 2,96 183 1189,5 11665,0697 2,96 194 1261 12366,25 4,26 196 1274 12493,74 3,62 186 1209 11856,3003 3,62 191 1241,5 12175,02 4,93 199 1293,5 12684,97 4,27 186 1209 11856,3003 4,27 190 1235 12111,27 5,35 193 1254,5 12302,51 4,95 186 1209 11856,3003 4,95 180 1170 11473,84 5,8 189 1228,5 12047,53 5,59 185 1202,5 11792,5568 5,59 175 1137,5 11155,12 ROMPEU 178 1157 11346,35 ROMPEU 170 1105 10836,4035 ROMPEU Material Titanium CP 01 CP 02 CP 03 carga (kgf/cm²) Força (kgf) Força (N) deformação carga (kgf/cm²) Força (kgf) Força (N) deformação carga (kgf/cm²) Força (kgf) Força (N) deformação 20 130 1274,871 0 20 130 1274,871 0 20 130 1274,871 0 90 585 5736,92 0,06 126 819 8031,687 0,1 90 585 5736,9195 0,06 173 1124,5 11027,63 0,14 195 1267,5 12429,99 0,16 175 1137,5 11155,1213 0,09 218 1417 13896,09 0,18 282 1833 17975,68 0,26 242 1573 15425,9391 0,21 267 1735,5 17019,53 0,24 310 2015 19760,5 0,32 300 1950 19123,065 0,28 295 1917,5 18804,35 0,28 325 2112,5 20716,65 0,51 325 2112,5 20716,6538 0,36 325 2112,5 20716,65 0,41 327 2125,5 20844,14 0,61 332 2158 21162,8586 0,62 350 2275 22310,24 1,02 328 2132 20907,88 0,82 333 2164,5 21226,6022 1,26 350 2275 22310,24 1,55 330 2145 21035,37 1,55 335 2177,5 21354,0893 2,25 350 2275 22310,24 2,25 330 2145 21035,37 2,25 336 2184 21417,8328 3,09 333 2164,5 21226,6 2,74 333 2164,5 21226,6 3,09 333 2164,5 21226,6022 4,28 330 2145 21035,37 3,05 330 2145 21035,37 4,05 325 2112,5 20716,6538 4,92 320 2080 20397,94 3,9 325 2112,5 20716,65 4,64 307 1995,5 19569,2699 5,42 315 2047,5 20079,22 4,1 315 2047,5 20079,22 5,1 290 1885 18485,6295 5,55 300 1950 19123,07 4,4 305 1982,5 19441,78 5,34 280 1820 17848,194 5,61 285 1852,5 18166,91 4,56 300 1950 19123,07 5,47 270 1755 17210,7585 ROMPEU 270 1755 17210,76 4,6 290 1885 18485,63 5,56 0 0 0 267 1735,5 17019,53 ROMPEU 267 1735,5 17019,53 ROMPEU 0 Material Alumínio 6061 CP 01 CP 02 CP 03 carga (kgf/cm²) Força (kgf) Força (N) deformação carga (kgf/cm²) Força (kgf) Força (N) deformação carga (kgf/cm²) Força (kgf) Força (N) deformação 0 0 0 0 5 32,5 318,7178 0 5 32,5 318,71775 0 5 32,5 318,7178 0 20 130 1274,871 0,02 26,5 172,25 1689,20408 0,02 25 162,5 1593,589 0,02 43 279,5 2740,973 0,04 50 325 3187,1775 0,04 50 325 3187,178 0,04 72 468 4589,536 0,07 72 468 4589,5356 0,07 70 455 4462,049 0,06 95 617,5 6055,637 0,09 97 630,5 6183,12435 0,09 95 617,5 6055,637 0,09 100 650 6374,355 0,1 104 676 6629,3292 0,13 100 650 6374,355 0,13 110 715 7011,791 0,54 110 715 7011,7905 0,54 105 682,5 6693,073 0,35 115 747,5 7330,508 1,1 113 734,5 7203,02115 0,91 110 715 7011,791 0,72 115 747,5 7330,508 1,64 115 747,5 7330,50825 1,45 110 715 7011,791 1,1 115 747,5 7330,508 2,01 115 747,5 7330,50825 1,83 115 747,5 7330,508 1,45 114 741 7266,765 2,37 114 741 7266,7647 2,19 115 747,5 7330,508 1,82 105 682,5 6693,073 2,74 110 715 7011,7905 1,56 114 741 7266,765 2,01 95 617,5 6055,637 ROMPEU 95 617,5 6055,63725 ROMPEU 110 715 7011,791 2,36 105 682,5 6693,073 2,72 95 617,5 6055,637 ROMPEU MATERIAL AÇO CARBONO CP 01 CP 02 CP 03 CARGA (Kgf/cm2) DEFORMAÇÃO CARGA (Kgf/cm2) DERFORMAÇÃO CARGA (Kgf/cm2) DEFORMAÇÃO 130 13 0 12 0 50 0,01 50 0,01 50 0,01 76 0,02 82 0,02 86 0,03 93 0,03 94 0,04 90 0,12 96 0,35 110 0,54 110 0,54 132 0,9 137 1,09 135 1,09 142 1,45 143 1,63 142 1,64 145 2,01 145 2,19 144 2,36 156 2,55 145 2,74 145 2,93 145 3,11 145 3,28 143 3,46 144 3,65 143 3,84 140 4,01 139 4,19 140 4,19 134 4,56 131 4,75 132 4,75 127 4,98 123 5,12 116 5,29 105 0 105 0 107 0 MATERIAL TITANIUM CARGA (Kgf/cm2) DEFORMAÇÃO CARGA (Kgf/cm2) DERFORMAÇÃO CARGA (Kgf/cm2) DEFORMAÇÃO 20 0 20 0 20 0 90 0,06 126 0,1 90 0,06 173 0,14 195 0,16 175 0,09 218 0,18 282 0,26 242 0,21 267 0,24 310 0,32 300 0,28 295 0,28 325 0,51 325 0,36 325 0,41 327 0,61 332 0,62 350 1,02 328 0,82 333 1,26 350 1,55 330 1,55 335 2,25 350 2,25 330 2,25 336 3,09 333 2,74 333 3,09 333 4,28 330 3,05 330 4,05 325 4,92 320 3,9 325 4,64 307 5,42 315 4,1 315 5,1 290 5,55 300 4,4 305 5,34 280 5,61 285 4,56 300 5,47 270 ROMPEU 270 4,6 290 5,56 267 ROMPEU 267 ROMPEU MATERIAL ALUMINIO CARGA (Kgf/cm2) DEFORMAÇÃO CARGA (Kgf/cm2) DERFORMAÇÃO CARGA (Kgf/cm2) DEFORMAÇÃO 24 0 25 0 26 0 99 0,1 100 0,1 100 0,1 140 0,21 143 0,21 121 0,14 147 0,32 151 0,32 150 0,2 160 0,76 167 0,98 154 0,32 164 0,98 178 1,64 172 0,99 175 1,63 183 2,08 183 1,64 180 2,28 189 2,96 188 2,29 183 2,73 192 3,61 194 2,96 186 3,36 194 4,26 196 3,62 186 4,04 191 4,93 199 4,27 186 4,69 190 5,35 193 4,95 185 5,33 180 5,8 189 5,59 170 ROMPEU 175 ROMPEU 178 ROMPEU MATERIAL ALUMINIO 6061 CARGA (Kgf/cm2) DEFORMAÇÃO CARGA (Kgf/cm2) DERFORMAÇÃO CARGA (Kgf/cm2) DEFORMAÇÃO 0 0 5 0 5 0 5 0 20 0,02 26,5 0,02 25 0,02 43 0,04 50 0,04 50 0,04 72 0,07 72 0,07 70 0,06 95 0,09 97 0,09 95 0,09 100 0,1 104 0,13 100 0,13 110 0,54 110 0,54 105 0,35 115 1,1 113 0,91 110 0,72 115 1,64 115 1,45 110 1,1 115 2,01 115 1,83 115 1,45 114 2,37 114 2,19 115 1,82 105 2,74 110 1,56 114 2,01 95 ROMPEU 95 ROMPEU 110 2,36 105 2,72 95 ROMPEU Gráficos ENSAIO DE TORÇÃO ENSAIO DE TORÇÃO CP 01 CP02 CP03 Ângulo (grau) Momento (N.m) Ângulo (grau) Momento (N.m) Ângulo (grau) Momento (N.m) 0,029 0,720 0,034 1,230 0,04 1,560 0,031 1,730 0,036 2,240 0,042 2,570 0,125 5,230 0,13 5,740 0,136 6,070 0,194 8,320 0,199 8,830 0,205 9,160 0,265 9,412 0,27 9,922 0,276 10,252 0,501 11,169 0,506 11,679 0,512 12,009 1,03 12,996 1,035 13,506 1,041 13,836 5,21 13,985 5,215 14,495 5,221 14,825 6,91 14,256 6,915 14,766 6,921 15,096 8,05 14,945 8,055 15,455 8,061 15,785 ENSAIO DE TORÇÃO CP 01 CP02 CP03 Deformação Cisalhante Tensão Cisalhante(Mpa) Deformação Cisalhante Tensão Cisalhante(Mpa) Deformação Cisalhante Tensão Cisalhante(Mpa) 0,00005 17,9 0,00009 18,3 0,00013 18,6 0,000033 41,05 0,000073 41,45 0,000003 41,75 0,000111 167,4 0,000151 167,8 0,000081 168,1 0,000151 194,7 0,000191 195,1 0,000121 195,4 0,000639 222,14 0,000679 222,54 0,000609 222,84 0,003073 238,97 0,003113 239,37 0,003043 239,67 0,00429 286,57 0,00433 286,97 0,00426 287,27 0,004899 300,36 0,004939 300,76 0,004869 301,06 0,005508 306,08 0,005548 306,48 0,005478 306,78 0,007333 312,79 0,007373 313,19 0,007303 313,49 0,00855 326,29 0,00859 326,69 0,00852 326,99 0,009767 330,16 0,009807 330,56 0,009737 330,86 0,011524 336,65 0,011564 337,05 0,011494 337,35 CP01 Modulo de elasticidade E = ( 0,000151-0,0033)/( 194,7-41,05) = 0,000020478 Mpa Limite de escoamento=222 Mpa Limite de resistência a torção = 336 Mpa CP02 Modulo de elasticidade E = ( 0,000191-0,009)/(195,1-18,3) = 0,000000768 Mpa Limite de escoamento 222 Mpa Limite de resistência a torção 337 Mpa CP03 Modulo de elasticidade E= ( 0,000121-0,000003)/(195,4-41,75) = 0,000000767662 Mpa Limite de escoamento 223 Mpa Limite de resistência a torção 337 Mpa ENSAIO DE COMPRESSÃO Avaliação dos Resultados ENSAIO DE COMPRESSÃO CP01-NYLON CP02-TEFLON CP03-POLIACETAL CARGA CARGA ALONGAMENTO CARGA CARGA ALONGAMENTO CARGA CARGA ALONGAMENTO Kgf/cm² Mpa mm Kgf/cm² Mpa mm Kgf/cm² Mpa mm 5 0,490335 4,91 5 0,490335 4,44 5 0,490335 4,95 10 0,98067 4,9 10 0,98067 4,81 10 0,98067 4,94 15 1,471005 4,87 15 1,471005 4,06 15 1,471005 4,91 20 1,96134 4,84 20 1,96134 3,56 20 1,96134 4,89 25 2,451675 4,79 25 2,451675 2,91 25 2,451675 4,87 30 2,94201 4,71 30 2,94201 2,26 30 2,94201 4,85 35 3,432345 4,65 35 3,432345 1,98 35 3,432345 4,76 40 3,92268 4,61 40 3,92268 0,5 40 3,92268 4,75 45 4,413015 4,53 45 4,413015 9,98 45 4,413015 4,71 50 4,90335 4,35 50 4,90335 9,1 50 4,90335 4,61 55 5,393685 4,31 55 5,393685 8,45 55 5,393685 4,56 60 5,88402 4,25 60 5,88402 8,98 60 5,88402 4,45 65 6,374355 4,21 65 6,374355 - 65 6,374355 4,35 70 6,86469 4,09 70 6,86469 - 70 6,86469 4,01 75 7,355025 3,97 75 7,355025 - 75 7,355025 3,86 80 7,84536 3,79 80 7,84536 - 80 7,84536 3,65 85 8,335695 3,41 85 8,335695 - 85 8,335695 3,04 90 8,82603 2,01 90 8,82603 - 90 8,82603 2,81 95 9,316365 0,12 95 9,316365 - 95 9,316365 2,2 100 9,8067 8,4 100 9,8067 - 100 9,8067 1,62 Gráficos “Tensão (MPa) x Deformação” dos materiais ensaiados MODULO DE ELASTICIDADE (GPA) TENSAÕ DE ESCOAMENTO (MPA) NYLON 0,7 85,00 TEFLON 0,49 39,00 POLIACETAL 0,95 9,80 CONCLUSÃO Os ensaios de tração, torção e compressão realizados neste estudo proporcionaram uma compreensão mais aprofundada das propriedades mecânicas dos materiais analisados: aço carbono, titânio e alumínio. À medida que avançamos na disciplina de Resistência dos Materiais, fica claro que a análise do comportamento desses materiais sob diferentes tipos de carregamento é essencial para o sucesso de projetos de engenharia, bem como para garantir a segurança de estruturas e componentes. O aço carbono, conhecido por sua elevada resistência à tração e compressão, é amplamente utilizado em aplicações estruturais devido à sua robustez. Contudo, os ensaios mostraram que sua resistência à torção é relativamente menor, sugerindo que, em projetos que envolvem cargas de torção significativas, é necessário escolher o material com cuidado ou adotar soluções de reforço adequadas. Por outro lado, o titânio se destaca como uma opção interessante por combinar elevada resistência com baixa densidade. Esse material tem ganhado espaço em setores como o aeroespacial e o biomédico, onde a relação entre resistência e peso é crucial. Os ensaios realizados confirmaram sua capacidade de suportar grandes cargas de torção, reforçando sua versatilidade em diferentes aplicações. Em relação ao alumínio, suas propriedades de leveza e resistência à corrosão são grandes vantagens para diversas aplicações. No entanto, os testes indicaram que sua resistência à tração e compressão é inferior à dos outros metais analisados. Isso não reduz sua importância, mas ressalta a necessidade de um planejamento cuidadoso e análises detalhadas ao utilizá-lo como material principal em projetos estruturais. REFERÊNCIAS Hibbeler, R. C., "Resistência dos Materiais", Prentice Hall, 2004. Crandall, S. H., Dahl, N. C., Lardner, T. J., "Análise de Tensões e Deformações: Resistência dos Materiais", McGraw-Hill, 1978. Gere, J. M., "Mecânica dos Materiais", Cengage Learning, 2012. Pytel, A., Singer, F. L., "Resistência dos Materiais", HarperCollins, 1987. NYLON 0.49033500000000002 0.980670000000000041.4710050000000001 1.9613400000000001 2.4516749999999998 2.9420100000000002 3.432345000000000 2 3.9226800000000002 4.4130149999999997 4.9033499999999997 5.3936850000000005 5.8840200000000005 6.3743550000000004 6.8646900000000004 7.3550250000000004 7.8453600000000003 8.3356949999999994 8.8260299999999994 9.3163649999999993 9.8066999999999993 4.91 4.9000000000000004 4.87 4.84 4.79 4.71 4.6500000000000004 4.6100000000000003 4.53 4.3499999999999996 4.3099999999999996 4.25 4.21 4.09 3.97 3.79 3.41 2.0099999999999998 0.12 8.4 TEFLON 0.49033500000000002 0.98067000000000004 1.4710050000000001 1.9613400000000001 2.4516749999999998 2.9420100000000002 3.4323450000000002 3.9226800000000002 4.4130149999999997 4.9033499999999997 5.3936850000000005 5.8840200000000005 4.4400000000000004 4.8099999999999996 4.0599999999999996 3.56 2.91 2.2599999999999998 1.98 0.5 9.98 9.1 8.4499999999999993 8.98 0 0 0 0 0 0 0 0 POLIACETAL 0.49033500000000002 0.98067000000000004 1.4710050000000001 1.9613400000000001 2.4516749999999998 2.9420100000000002 3.43234 50000000002 3.9226800000000002 4.4130149999999997 4.9033499999999997 5.3936850000000005 5.8840200000000005 6.3743550000000004 6.8646900000000004 7.3550250000000004 7.8453600000000003 8.3356949999999994 8.8260299999999994 9.3163649999999993 9.8066999999999993 4.95 4.9400000000000004 4.91 4.8899999999999997 4.87 4.8499999999999996 4.76 4.75 4.71 4.6100000000000003 4.5599999999999996 4.45 4.3499999999999996 4.01 3.86 3.65 3.04 2.81 2.2000000000000002 1.62 image2.png image3.png image4.png image5.png image6.png image7.png image8.png image9.svg 0 50 100 150 200 250 300 350 400 0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012 0,014 CP01 image10.png image11.svg 0 50 100 150 200 250 300 350 400 0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012 0,014 CP02 image12.png image13.svg 0 50 100 150 200 250 300 350 400 0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012 0,014 CP03 image1.png