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Universidade Federal de Lavras Departamento de Engenharia – DEG Ensaio Mecânico Engenharia de Controle e Automação – 22A Jéssica Junqueira Benetolo – 201221160 Lavras – MG Dezembro – 2014 1 Resumo O presente relatório consta de dados, procedimentos e de toda a teoria de embasamento para a realização de ensaios de tração em elementos metálicos. O ensaio de tração permite observar o comportamento de cada liga metálica quando sujeita à aplicação de determinada força. É importante saber como o material se comporta e qual a sua capacidade de suportar tração e tensão para evitar rompimentos que podem causar sérios acidentes e prejuízos, ocasionando em danos materiais e pessoais. 2 Referencial Teórico Ensaio de tração consiste em, através de uma máquina, testar qual a força que determinado material suporta. Inúmeras variáveis são envolvidas nesse processo, como comprimento, diâmetro, composição química do corpo de prova, ou seja, todas as suas características estruturais. Através de cálculos teóricos é possível prever como o material se comportará quando uma dada força é aplicada, no entanto para saber precisamente esta informação é necessário realizar o ensaio. Para isso um copo de prova, que deve ser padronizado, é colocado na Máquina Universal de Ensaio de forma que a força seja aplicada no sentido axial do corpo. A figura 01 traz dois exemplos de corpos de prova padronizados que normalmente são utilizados nesse tipo de ensaio. Já a figura 02 apresenta a colocação do corpo na máquina. Figura 01 – Padrão de corpo de prova utilizado em ensaio mecânico Figura 02 – Corpo de prova posicionado corretamente na Máquina Universal de Ensaio Durante o ensaio de tração o software da máquina registra a curva tensão x deformação continuamente através dos dados que ela obtém da força aplicada e da variação do comprimento sofrida pelo corpo de prova. Um gráfico típico de tensão x deformação é exibido na figura 03. Figura 03 – Gráfico Tensão x Deformação A tensão a que determinado material está sujeito pode ser calculada através da seguinte equação, em que E é o módulo de elasticidade do material e 𝜖 = deformação. 𝜎 = 𝐸𝜖 Equação 01 – Cálculo da tensão Sabendo a tensão a que o material esteve sujeito e a sua deformação sofrida é possível obter o módulo de elasticidade através de manipulação algébrica da equação 01. Como o módulo de elasticidade é uma característica única de cada material é possível saber a composição química do corpo de prova que está sendo ensaiado pelo valor de E obtido. 3 Objetivos O presente experimento teve como objetivo ensaiar mecanicamente dois corpos de prova e a partir da tensão obtida pelo software da máquina de ensaios calcular o módulo de elasticidade do material e definir a sua composição. 4 Procedimentos Para dar início ao ensaio é preciso conhecer o diâmetro do corpo de prova, bem como seu comprimento que devem ser informados à máquina. Após medir as dimensões necessárias a barra de ferro foi colocada na máquina através de suas pinças conforme mostra a figura 04. Com a barra devidamente posicionada deu-se inicio à configuração do software, primeiramente “zerando” a máquina para que o valor de deslocamento obtido fosse equivalente à deformação da peça. Outra configuração pertinente a se fazer foi definir a velocidade de deslocamento da mesa. Todas as configurações feitas a máquina foi ligada e então iniciou-se o ensaio propriamente dito. Enquanto a máquina se deslocava o software desenvolvia o gráfico tensão x deformação até que dado momento a peça se rompeu e o ensaio foi finalizado. Figura 04 – Colocação do corpo de prova na máquina de ensaios 5 Resultados e Análises Para o primeiro corpo de prova tem-se os seguintes valores: Diâmetro = 5,75 mm; Comprimento inicial = 360 mm; Comprimento final = 387 mm; Velocidade de deslocamento da mesa da máquina = 5 mm/min; Força total = 29,12 kN; Força dinâmica = 6,82 kN. O gráfico de tensão x deformação para este material se encontra na figura 05 e a figura 06 traz uma imagem do material rompido após o término do ensaio. Figura 05 – Gráfico tensão x deformação do primeiro corpo de prova Figura 06 – Corpo de prova rompido após o término do ensaio Retirando do gráfico um valor de deformação a e respectiva tensão é possível utilizar a equação 01 para obter o módulo de elasticidade do material. Para este cálculo foram escolhidos os seguintes valores: Deformação = 3,193 mm; Tensão = 26,69 kN. 𝐸 = 𝜎 𝜖 𝐸 = 26,69 𝑘𝑁 3,193 𝑚𝑚 = 8,36 𝑁/𝑚 Para o segundo corpo de prova tem-se os seguintes valores: Diâmetro = 11,5 mm; Comprimento inicial = 305 mm; Comprimento final = 360 mm; Velocidade de deslocamento da mesa da máquina = 10 mm/min. O gráfico de tensão x deformação para este material se encontra na figura 07 de onde é possível tirar valores de deformação e a correspondente tensão com a finalidade de calcular o módulo de elasticidade. Figura 07 – Gráfico tensão x deformação para o segundo corpo de prova Deformação = 4,60 mm; Tensão = 32,84 kN. 𝐸 = 𝜎 𝜖 𝐸 = 32,84 𝑘𝑁 4,60 𝑚𝑚 = 7,14 𝑁/𝑚 Como pode ser percebido o módulo de elasticidade calculado para o primeiro corpo de prova é muito próximo ao valor obtido para o segundo corpo. Isso indica que ambos os corpos são constituídos da mesma liga, com uma pequena variação na proporção de cada elemento. O fato de o módulo de elasticidade do segundo corpo ser menor do que do primeiro indica que o teor de carbono da liga que compõe o primeiro material é menor do que o teor de carbono no segundo material. 6 Conclusões Fazer um ensaio mecânico é importante por diversos fatores, como determinar a composição do material que se está trabalhando, estudar o seu comportamento quando sujeito à determinada força e dimensionar corretamente o material para cada aplicação. Quando não se é conhecido a composição do material que se tem em mãos é possível obter este conhecimento com um ensaio rápido. Calculando o módulo de elasticidade e tendo acesso a uma tabela que relacione esta característica com o respectivo material é possível saber a sua composição rapidamente ou pelo menos ter uma boa estimativa de qual material se está trabalhando, aço, ferro fundido, etc., ainda que não se possa conhecer sua composição exata. Ao dimensionar um dado material para qualquer estrutura é preciso ter segurança de que o material não irá se romper causando acidentes que podem ser muito graves. Além de acidentes prejuízos materiais podem ocorrer quando uma estrutura se rompe. Uma ponte com material mal dimensionado pode cair a qualquer momento fazendo com que vidas sejam perdidas, além de todo o prejuízo com o material perdido e com o que vai ter que ser gasto para repor a ponte. Este simples exemplo mostra o tamanho da importância de se conhecer como cada material se comporta quando sofre a ação de uma força. Apesar do custo de se ter uma máquina de ensaios os benefícios que ela traz justificam o seu uso dentro de uma indústria, por exemplo, onde ter uma estrutura danificada pode significar um prejuízo muito grande já que determinadas peças tem alto custo e alto tempo de espera para reposição. Referência Bibliográfica FERREIRA, Tomás de Aquino. Tecnologia de materiais. Lavras, MG.2005. InfoSolda – Ensaio Mecânico: Tração. Disponível em: < http://www.infosolda.com.br/biblioteca-digital/livros-senai/ensaios-nao-destrutivos-e-mecanicos/209-ensaio-mecanico-tracao.html> Acessado em 12 dez.2014 Aula de Ensaios Mecânicos – Ensaio de Tração. Disponível em: < http://pt.slideshare.net/alexleal3720/aula-2-ensaios-mecnicos-e-end-ensaio-de- trao> Acessado em 12 dez.2014
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