Ensaio de Flexão e Cisalhamento

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UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA
 “JÚLIO MESQUITA FILHO”
CAMPUS GUARÁTINGUETÁ
Propriedade Mecânica dos Materiais
Assunto: Ensaio de flexão e cisalhamento
Professor: Tomaz Manabu Hashimoto
Luiz Henrique Torres da Costa 101031
Guaratinguetá 2012
Introdução
O ensaio de cisalhamento direto foi desenvolvido basicamente para a determinação da resistência ao corte de um corpo de prova de solo, de forma prismática e seção quadrada ou circular e de pequena espessura.
O ensaio de flexão é realizado em materiais frágeis e em materiais resistentes, como o ferro fundido, alguns aços, estruturas de concreto e outros materiais que em seu uso são submetidos a situações onde o principal esforço é o de flexão
Objetivo
Avaliar o comportamento dos diferentes tipos de materiais e secções transversais aos ensaios de cisalhamento e flexão.
Fundamentação Teórica
Cisalhamento
No caso do cisalhamento, a força é aplicada ao corpo na direção perpendicular ao seu eixo longitudinal. Esta força cortante, aplicada no plano da seção transversal (plano de tensão), provoca o cisalhamento.
Como resposta ao esforço cortante, o material desenvolve em cada um dos pontos de sua seção transversal uma reação chamada resistência ao cisalhamento. A forma do produto final afeta sua resistência ao cisalhamento. Em função disso, o ensaio de cisalhamento é mais frequentemente feito em produtos acabados, tais como pinos, rebites, parafusos, cordões de solda, barras e chapas.
Para ensaios de pinos, rebites e parafusos, utiliza-se um dispositivo como o representado na figura ao lado.
Flexão
O ensaio de flexão consiste na aplicação de uma carga P no centro de um corpo-de-prova específico, apoiado em dois pontos. A carga aplicada parte de um valor inicial igual a zero e aumenta lentamente até a ruptura do corpo-de-prova. O valor da carga aplicada versus o deslocamento do ponto central é a resposta do ensaio. Se no ensaio for utilizada uma barra biapoiada com aplicação de carga no centro da distancia entre os apoios, ou seja, se existirem três pontos de carga, o ensaio é chamado de ensaio de flexão em três pontos, conforme mostra a Figura 1.
Figura 1 - Ensaio de flexão em três pontos.
Trata-se de um ensaio bastante aplicado em materiais frágeis ou de elevada dureza, como no caso do ferro fundido, aços-ferramenta, aços rápidos e cerâmicos estruturais, pois esses materiais, devido à baixa ductilidade, não permitem ou dificultam a utilização de outros tipos de ensaios mecânicos, como, por exemplo, a tração. Para materiais dúcteis, em geral não se utiliza o ensaio de flexão, mas uma variante desse tipo de ensaio, conhecido como ensaio de dobramento.
A Figura 2 apresenta um esboço simplificado do ensaio de flexão, a Figura 3 mostra o resultado do ensaio e a Figura 4 mostra a curva resposta, que varia com a geometria da seção transversal do corpo-de-prova.
Figura 2 - Esquema do ensaio de flexão.
Figura 3 - Resultado do ensaio de flexão. Figura 4 - Resposta do ensaio de flexão variando com a seção.
Procedimento Experimental
Cisalhamento
O dispositivo é fixado na máquina de ensaio e os rebites, parafusos ou pinos são inseridos entre as duas partes móveis. A máquina utilizada tem capacidade de 40 ton, o comando dela é elétrico e a região onde vai o cdp é hidráulico. O visor dela possui 3 escalas.
Ao se aplicar uma tensão de tração ou compressão no dispositivo, transmite- se uma força cortante à seção transversal do produto ensaiado. No decorrer do ensaio, esta força será elevada até que ocorra a ruptura do corpo.
No ensaio em questão: a escala utilizada foi de 8000kgf (quilograma-força) e a velocidade do ensaio foi ajustada para 1,4 kgf/mm2/segundo; informações dos corpos de prova utilizados:
Flexão
Com o cdp devidamente posicionado na maquina de ensaio, inicia-se o experimento. A força é aplicada no cdp que está em contato com o manômetro responsável por medir a deflexão (relógio comparador). Este manômetro é extremamente sensível (precisão de centésimo de milímetro), portanto é essencial que o ensaio não seja feito a uma velocidade muito alta para não comprometer os resultados.
A partir de então se anotam os dados para cada viga ensaiada, visando obter o valor do módulo de elasticidade de cada material.
Resultado e discussões
Cisalhamento
A partir do ensaio foi possível se obter os seguintes dados para o cisalhamento:
	Diâmetros (mm)
	Alumínio
	Aço
	6,33
	6,37
	6,27
	6,35
	6,32
	6,32
	
	Em posse dos diâmetros médios de cada CDP e da carga de ruptura pode-se calcular a tensão máxima de cisalhamento de cada material.
	
	Carga ( kgf )
	Área ( m² )
	Alumínio
	1380
	0,003117
	Aço
	2400
	0,003163
 
Assim as tensões são:
	
	Alumínio
	Aço
	Tensão (Pa)
	221366,6
	758773,3
Flexão
Para o aço:
	Carga (kgf)
	Flexão 1 (mm)
	Flexão 2 (mm)
	0
	0
	0
	50
	0,05
	0,05
	100
	0,11
	0,11
	150
	0,17
	018
	200
	0,24
	0,25
	250
	0,31
	0,31
	300
	0,38
	0,38
	350
	0,44
	0,45
	400
	0,51
	0,51
Para o alumínio:
	Carga (kgf)
	Flexão 1 (mm)
	Flexão 2 (mm)
	0
	0
	0
	50
	0,15
	0,14
	100
	0,33
	0,30
	150
	0,46
	0,45
	200
	0,64
	0,65
	250
	0,82
	0,81
	300
	0,99
	0,99
	350
	1,17
	1,17
	400
	1,37
	1,36
A partir desses valores foi possível se plotar os gráficos referentes a cada material, utilizando a média dos valores das deformações. Para o alumínio:
Encontrando o valor da equação da curva de tendência dos pontos obtido temos:
Sabendo-se que o valor do coeficiente angular da reta (β) corresponde a:
Sabendo o valor do momento de inercia e do comprimento da barra ensaiada é possível se obter o valor do módulo de elasticidade do Alumínio:
Dessa forma:
Já para o aço:
Procedendo da mesma forma para o aço temos:
Sabendo-se que o valor do coeficiente angular da reta (β) corresponde a:
Com o valor do momento de inercia e do comprimento da barra ensaiada é possível se obter o valor do módulo de elasticidade do Aço:
Dessa forma:
Conclusão 
Do ensaio de cisalhamento pode-se concluir que o valor de tensão da amostra de aço foi maior que a tensão da amostra de alumínio, indicando uma maior resistência à ruptura do primeiro. Isso se deve ao fato da composição química do aço permitir que este aguente a aplicação de cargas maiores do que a que a amostra de alumínio foi submetida. Outra evidencia da maior resistência do aço pode ser observada na fratura de ambas as amostras. Enquanto a fratura da amostra de alumínio demonstrou pouca deformação, a fratura da amostra de aço apresentou boa deformação, indicando que esta suportou mais carga que a amostra de alumínio.
Do ensaio de flexão realizado e dos cálculos mensurados em seguida, foi possível comparar os valores obtidos para o aço e para o alumínio. Os valores de módulo de ruptura e de módulo de tenacidade obtidos foram muito próximos um do outro, enquanto que o valor do módulo de elasticidade foi consideravelmente diferente. Isso se deve ao fato de neste ensaio a carga máxima ter sido de 400 kgf, ao invés de se chegar à ruptura dos cdps.Os valores dos módulos de tenacidade e ruptura foram muito influenciados pela limitação deste experimento e se basearam mais na carga máxima aplicada e nas dimensões dos cdps..
Bibliografia
 CALLISTER, Jr., W.D. Materials Science and Engineering. 7 º ed. New York: John Wiley & Sons, Inc, 2007.Onde 1 MPA (Mega Pascal) equivale a 1 Newton.