Exercício 02 Falhas Em Elementos Mecânicos

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11/02/2025, 21:15 Lista de exercícios Falhas Em... T Sair Questão 9 de 10 Você acertou 2 de 10 questões 1 2 3 4 5 Verifique o seu desempenho e continue treinando! Você pode refazer o exercício 6 7 8 9 10 quantas vezes quiser. Corretas (2) Incorretas (8) Verificar Desempenho Em branco (0) 1 Marcar para revisão A escolha dos critérios para análise de falha é um passo importante para o sucesso de um projeto mecânico. Acerca dos critérios de falha, assinale a alternativa correta com relação às alternativas abaixo. - O material utilizado não influencia a escolha do critério a utilizar; - - Materiais dúcteis e falham de forma semelhante quando submetidos a carregamento estático; III - Materiais sob carregamento estático falham devido à tensão normal; IV Na fratura sob carregamento estático, materiais dúcteis apresentam deformação plástica. A e II. B e III. Feedback 1/1811/02/2025, 21:15 C II, III e IV. D e III. E III e IV. Resposta correta Parabéns, você selecionou a alternativa correta. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado As afirmações III e IV estão corretas. A afirmação III está correta porque os materiais quando submetidos a carregamento estático, falham devido à tensão normal. Isso ocorre porque esses materiais não têm a capacidade de se deformar muito antes de quebrar. A afirmação IV também está correta, pois os materiais dúcteis, quando submetidos a carregamento estático, apresentam deformação plástica antes de falhar. Isso significa que eles podem se deformar muito sem quebrar, que é uma característica desejável em muitas aplicações de engenharia. Portanto, a alternativa correta é a E, que contém as afirmações III e IV. 2 Marcar para revisão No que se refere à falha por fadiga, assinale a alternativa correta. 2/1811/02/2025, 21:15 A existência de descontinuidades ou A defeitos não influencia a falha devido ao carregamento dinâmico. A fratura por fadiga apresenta grande empescoçamento ou deformação B plástica quando ocorre em material dúctil. A superfície de fratura por fadiga apresenta muitas vezes marcas C conhecidas como marcas de praia, que são formadas pela propagação da trinca a cada ciclo de carregamento. A falha por fadiga depende apenas do D material da peça e não sofre qualquer influência do processo de fabricação. Devido à formação das marcas de E praia, é possível prever e evitar uma falha por fadiga. Resposta correta Parabéns, você selecionou a alternativa correta. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A alternativa correta é a C, que afirma que a superfície de fratura por fadiga frequentemente apresenta marcas conhecidas como marcas de praia, formadas pela propagação da trinca a cada ciclo de carregamento. Essas marcas são características da falha por fadiga e são um 3/1811/02/2025, 21:15 indicativo de como a trinca se propagou ao longo do tempo. As trincas geralmente começam a se propagar em descontinuidades ou defeitos, onde a tensão atinge valor máximo. Portanto, processo de fabricação, que pode influenciar a existência de tensões residuais e no acabamento superficial, tem um papel importante na ocorrência da falha por fadiga. A falha por fadiga apresenta pouca ou nenhuma deformação plástica e a superfície de fratura costuma ser plana, semelhante à fratura estática de materiais A trinca se propaga até atingir uma dimensão crítica, quando ocorre a falha catastrófica. A ausência de deformação plástica torna difícil a previsão da falha por fadiga. 3 Marcar para revisão Considerando que um elemento de máquina de aço apresenta tensões : 180MPa e Txy 100MPa com limite de resistência à tração Sut = 320MPa e = 300MPa. A opção que apresenta os fatores de segurança considerando critério de Von Mises e critério da máxima tensão cisalhente (MSS ou Tresca) é: Von Tresca: A Von Tresca: B 4/1811/02/2025, 21:15 Von Mises: = 1, Tresca: C Von Mises: = D Von Mises: 1, 78; Tresca: E = 1,12. Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra D. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado Gabarito: Von Mises: Tresca: Justificativa: Pelo critério da energia de distorção 1/2 Assim, E fator de segurança é 250 Para critério de Tresca ou MSS, como Oy=0, pelo círculo de Mohr obtemos Tmax = = 134,5 MPa O limite de resistência ao cisalhamento é Ssy = = 150MPa Então 150 = 5/1811/02/2025, 21:15 4 Marcar para revisão Uma barra de aço estirado a frio redonda tem diâmetro de 25 mm e uma seção com um sulco de 2,5 mm, resultando em um diâmetro na seção de 20 mm. A barra está sujeita a um torque completamente reverso de 200N. O limite de resistência à tração Sut 440MPa, limite de escoamento o limite de resistência ao cisalhamento = 295MPa e fator de concentração de cisalhamento em fadiga e f=0,9. Assinale a alternativa correta sobre as afirmativas abaixo. Assinale a opção com número a vida em fadiga N a temperatura ambiente e a 450°C. A vida em temperatura ambiente é menor que a vida a 450°C nas condições apresentadas II. A vida em temperatura ambiente é menor que 30.000 ciclos. III. A vida a temperatura de 450°C é maior que 20.000 ciclos. A estão corretas. B e III estão corretas. C Apenas I está correta. D Apenas está correta. E Apenas III está correta. Resposta incorreta 6/1811/02/2025, 21:15 Opa! A alternativa correta é a letra D. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado Gabarito: Apenas está correta. Justificativa: Inicialmente determinamos limite de fadiga MPa A seguir determinamos os fatores modificadores do limite a fadiga = 0,899 = 0,902 = 1 para temperatura ambiente e = 0,843 para 450° C Limite de fadiga temperatura ambiente Limite de fadiga a 450°C MPa Para ambos os casos a resistência à fadiga 200.0,010 = MPa 175,2 32 Assim, à temperatura ambiente 1 0.9.295 log 175,2 = 22300 ciclos 1 À 450° = 175,2 = 13700 88,7 5 Marcar para revisão Um material apresenta limite de resistência à tração = 252MPa, limite de resistência à compressão Suc -245MPa e deformação na fratura Suponha que uma 7/1811/02/2025, 21:15 peça fabricada com esse material apresenta as tensões 7 (sentido horário) Com relação às afirmativas a seguir assinale a alternativa correta. I. Como material apresenta deformação na fratura Ef11/02/2025, 21:15 + = + 2 + 2 = 116,5 MPa, 65,5 MPa 2 Para essas tensões principais no primeiro quadrante os critérios de Coulomb-Mohr, Mohr modificado e de máxima tensão normal são equivalentes e coeficiente de segurança é dado por: 252 = 116,5 = 2,16 6 Marcar para revisão Abaixo são feitas algumas afirmativas sobre o carregamento ilustrado na figura seguinte, onde uma viga em balanço com seção circular de raio 2,5 cm é submetida a uma carga de 50 kN em sua extremidade livre. Assinale a alternativa correta considerando o carregamento e as afirmativas. E=200GPa F =500 N I m Imagem: Elaborada por Carlos Frederico de Matos Chagas - O momento fletor máximo é de 500 N.m; - - A deflexão máxima da viga está entre 2,0 mm e 3,5 mm; III - A tensão máxima na viga é maior que 100 GPa; A Apenas está correta. B As afirmativas e estão corretas. 9/1811/02/2025, 21:15 C As alternativas I e III estão corretas. D As alternativas e III estão corretas. E Apenas a alternativa está correta. Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra B. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado Gabarito: As afirmativas e estão corretas. Justificativa: O diagrama de corpo livre correspondente é y F Onde, = 500N e 500N.m A equação do momento fletor ao longo da viga é Logo M será máximo para 0, isto é, no lado esquerdo da viga. Por outro lado, a equação da deflexão da 250 viga = 3 O momento máximo ocorre para x maior deflexão para 2 Mmax = 500 N.m Maior tensão normal, considerando 2, 5cm 500.0,025 = 41 = MPa 30. Deflexão máxima 10/1811/02/2025, 21:15 250 y = - = 0,0028m 3 mm 7 Marcar para revisão Considere a barra circular da figura abaixo. Nessa figura, F = 550N, P = 8kN e T = 30N. m. Há dois materiais disponíveis para o projeto: aço com Sut = 330MPae Sy = 280MPa, ou alumínio com Sut 320MPae Considerando as afirmativas abaixo, assinale a alternativa correta. y 100 mm A B F 20 mm T P x Fonte (BUDYNAS e NISBETT, 2011, pag 276) - Considerando o aço como material e analisando o ponto A o fator de segurança por máxima energia de distorção é Nsaço 2,77 e por máxima tensão de cisalhamento é Nsaço 2, 73. Considerando alumínio como material e analisando o ponto A o fator de segurança por máxima energia de distorção é Nsal 1,68 e por máxima tensão de cisalhamento é Nsal 1,65. III Considerando o ponto B, os fatores de segurança do aço e do alumínio pelo critério de máxima energia de distorção são, 11/1811/02/2025, 21:15 respectivamente é 6,29 e Nsal 3,82 IV - - O ponto é ponto crítico do projeto pois apresenta os maiores fatores de segurança. A Somente está correta. B e estão corretas. C e III estão corretas. D e III estão corretas. E Todas estão corretas. Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra D. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado Gabarito: e III estão corretas. Justificativa: As tensões máximas atuantes sobre a barra são: Devido à flexão: 550.0.1.0.01 Ox = 70 MPa 64 Para seção circular: 4V 4.550 Txy = = 2,3 MPa 3. 4 Devido à força P: 8000 Ox = 25,5 MPa 4 Devido à torção: 12/1811/02/2025, 21:15 30.0,010 MPa 82 Para ponto A: Ox MPa e Txy MPa Pelo critério da máxima energia de distorção o' 101 MPa 170 1,68 101 Pelo critério de Tresca Tmax = = 51,4 MPa = 51,4 Para o ponto B 21,3 MPa Pelo critério da máxima energia de distorção o' = 170 3,82 Pelo critério de Tresca = = 24.8 3,43 Logo, o ponto A é o ponto crítico do projeto pois apresenta menor fator de segurança tanto pelo critério DE quanto pelo de Tresca para os dois materiais disponíveis. Além disso, os dois materiais poderiam ser utilizados para a fabricação do elemento mecânico pois apresentam fatores de segurança maior do que nas condições apresentadas. 13/1811/02/2025, 21:15 8 Marcar para revisão Assinale a alternativa que apresenta a deformação total da barra de aço (área da seção reta retangular de da figura abaixo sabendo que E 207GPa. 1 m P = 300 kN 0,4 m A 1, 5mm B C D E 6mm Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra E. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado Gabarito: = 0, 6mm Justificativa: a deformação devido à tensão normal é dada por: Pl EA Observamos que do comprimento total da barra, somente 0,4 m estão de fato 14/1811/02/2025, 21:15 submetidos ao carregamento, conforme o diagrama de corpo livre a seguir 1 m 300 kN P = 300 0,4 m Com os dados do problema 300000.0,4 = 0,0006 m = 0,6 mm 9 Marcar para revisão A barra de aço usinada e Sut : 440MPa da figura abaixo está sujeita a uma carga axial flutuante cujo valor varia de F 3, 5kN a F 15kN. Considerando as afirmativas abaixo sobre os critérios de resistência à fadiga de Gerber, Soderberg e Goodman, bem como sobre o critério de segurança ao escoamento assinale a alternativa correta. I. A principal preocupação do projetista deve ser com escoamento de primeiro ciclo. II. Dentre os critérios considerados, de Soderberg foi mais conservativo. III. O critério de Gerber foi mais conservativo dentre os critérios de resistência à fadiga considerados. IV. Os fatores de segurança à fadiga de Gerner, Soderberg e Goodman para as condições do problema são, respectivamente: 5,66; e 4,53 A e estão corretas. B e III estão corretas. 15/1811/02/2025, 21:15 C e IV estão corretas. D e III estão corretas E e IV estão corretas. Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra E. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado Gabarito: e IV estão corretas. Justificativa: A tensão máxima na barra será 15000 0,01.0,025 = A menor tensão 3500 = 0,01.0,025 = 14 MPa Assim sendo, 60-14 = 23 MPa e = 60+14 = 37 MPa 2 2 O limite de fadiga do material é axial) = 168,1 MPa Coeficientes de segurança ao escoamento: Coeficientes de segurança à fadiga: Gerber: Soderberg: 16/1811/02/2025, 21:15 1 = Goodman: 1 = 4,53 + Sut Como o fator de segurança escoamento foi o maior calculado, a peça está mais próxima de falhar por fadiga, que deve ser a principal preocupação do projetista. Dentre todos os critérios analisados, menor fator de segurança encontrado foi de Sorderberg, portanto critério mais conservativo. 10 Marcar para revisão O limite de fadiga de um eixo com seção circular de raio 32 mm, usinado e termicamente tratado, com limite de resistência à tração : 710MPa para uma confiabilidade de 99,9% utilizado a 250°C sob carregamento axial. A 355MPa B C Se 284MPa D E 17/1811/02/2025, 21:15 Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra E. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado Gabarito: 180MPa Justificativa: Fator de acabamento superficial - = 0, 792 Fator de tamanho - kb=1 (carregamento axial) Fator de carregamento - kb=0,85 (carregamento axial) Fator de temperatura - kd=1, pois para 250° =1 Sut Fator de confiabilidade - ke= 0, 753, para 99,9% Fatores diversos - kf=1, pois nada foi dito a respeito Assim, 1 0,85 . 1 . 0,753 . 1 . 355 180 MPa