TRABALHO DE RESISTÊNCIA

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TRABALHO DE RESISTÊNCIA
Camila Silva Soares
Engenharia Civil 4°P/N
DEFINIÇÃO:
Material Isotrópico:
Um material é isotrópico se suas propriedades mecânicas são as mesmas em todas direções. Os materiais isotrópicos podem ter uma estrutura microscópica homogênea ou não homogênea. Por exemplo, o aço demonstra comportamento isotrópico, apesar de sua estrutura microscópica ser não homogênea.
As propriedades elásticas de um material isotrópico são definidas pelo Módulo de elasticidade (EX) e o Coeficiente de Poisson (NUXY). Se você não definir um valor para NUXY, o programa assume o valor 0.
 
Material Anisotrópico:
Um material é anisotrópico quando suas propriedades mecânicas são diferentes em diferentes direções. Em geral, as propriedades mecânicas dos materiais anisotrópicos não são simétricas em relação a qualquer plano ou eixo. Os materiais ortotrópicos podem também ser chamados de anisotrópicos.
Outros tipos de materiais apresentam propriedades que variam com a direcção considerada; são os chamados materiais anisotrópicos. Nalguns tipos de materiais, esta anisotropia  não se observa em todas as direções: é o caso dos materiais ortotrópicos. Neste tipo de materiais, as suas propriedades são diferentes em direções perpendiculares entre si, isto é, existe simetria de propriedades em relação aos três planos perpendiculares aos chamados eixos de ortotropia. São exemplos de materiais ortotrópicos, alguns tipos de compósitos de matriz plástica reforçada com fibras de vidro ou de carbono.
A Estampabilidade dos Materiais Metálicos
Estampabilidade é a capacidade que a chapa metálica tem de adquirir à forma de uma matriz, pelo processo de estampagem sem se romper ou apresentar qualquer outro tipo de defeito de superfície ou de forma.
A avaliação da estampabilidade de uma chapa metálica depende de muitos testes, tais como: ensaios simulativos (tipo Erichsen, Olsen, Fukui, etc.), ensaios de tração (obtendo-se o limite de escoamento e de resistência, a razão elástica, o alongamento total até a fratura, o coeficiente de encruamento, os coeficientes de anisotropia normal e planar), ensaios de dureza, medida da rugosidade do material, metalografia , etc.
Ainda assim, a análise é incompleta, pois nas operações reais de estampagem ocorre uma combinação complexa de tipos de conformação. A estampabilidade torna-se função não somente das propriedades do material, mas também das condições de deformação e dos estados de tensão e de deformação presentes.
Anisotropia
Coeficiente de Anisotropia
Influência da anisotropia na qualidade e precisão do embutimento 
Anisotropia
Durante os processos de conformação de chapas, grãos cristalinos individuais são alongados na direção da maior deformação de tração. O alongamento é conseqüência do processo de escorregamento do material durante a deformação. Nos materiais policristalinos os grãos tendem a girar para alguma orientação limite devido a um confinamento mútuo entre grãos. Este mecanismo faz com que os planos atômicos e direções cristalinas dos materiais com orientação aleatória (materiais isotrópicos) adquiram uma textura (orientação preferencial). Os materiais conformados se tornam anisotrópicos.
A distribuição de orientações tem, portanto um ou mais máximos. Se estes máximos são bem definidos são chamados de orientações preferenciais, que irão ocasionar variações das propriedades mecânicas com a direção, ou seja, anisotropia. Um modo de avaliar o grau de anisotropia das chapas quando deformadas plasticamente é através do coeficiente de anisotropia.
 
Coeficiente de Anisotropia
Por definição, o coeficiente de anisotropia ou coeficiente de Lankford ( r ) é a razão entre a deformação verdadeira na largura (e w) e na espessura (e t) de um CP de tração, após determinada deformação longitudinal pré-definida
Onde:
el é a deformação verdadeira ao longo do comprimento;
w0 e wf são as larguras inicial e final, respectivamente e
l 0 e l f são os comprimentos inicial e final, respectivamente.
Considerando a anisotropia no plano da chapa, geralmente são definidos dois parâmetros:
a) Coeficiente de anisotropia normal (`r ):
onde: r0o, r45o e r90o são os valores de r medidos a 0o , 45o e 90o com a direção de laminação.
Este parâmetro indica a habilidade de uma certa chapa metálica resistir ao afinamento, quando submetida a forças de tração e/ou compressão, no plano.
b) Coeficiente de anisotropia planar ( Dr):
O coeficiente de anisotropia planar indica a diferença de comportamento mecânico que o material pode apresentar no plano da chapa.
Um material isotrópico tem`r =1 e Dr = 0. Nos materiais para estampagem profunda um alto valor de `r é desejado (maior resistência ao afinamento da chapa). A relação entre `r e a razão limite de estampagem é mostrada na figura. Essa é definida como a máxima razão possível entre o diâmetro do ‘blank’ e do copo embutido, sem que ocorra falha.
Os valores de `r em aços efervecentes variam entre 0,8 e 1,2.
Em aços acalmados ao alumínio, adequadamente produzidos, `r pode variar entre 1,5 e 1,8.
Em alguns aços IF (Intersticial free) `r pode ser tão alto quanto 2,2.
Na direção oposta, a textura cúbica do cobre ou de aços inoxidáveis austeníticos pode originar`r tão baixo quanto 0,1.
A tendência à formação de “orelhas” na estampagem é função da anisotropia planar. As "orelhas" se formam a 0 e 90° com a direção de laminação, quando o coeficiente de anisotropia planar (Dr) é maior que zero e a 45o e 135° com a direção de laminação, quando o coeficiente de anisotropia planar é menor que zero.
Influência da anisotropia na qualidade e precisão do embutimento
Os valores de coeficientes de anisotropia normal e planar são funções da textura cristalográfica desenvolvida no material após o recozimento da tira. A textura, por sua vez, é função de vários parâmetros do processo: composição química, temperaturas de acabamento e de bobinamento após o laminador de tiras a quente, quantidade de redução a frio, taxa de aquecimento, tempo e temperatura de encharque no recozimento.
A textura cristalográfica pode ser medida por técnicas especiais de difração de raios-X.
A orientação cristalográfica ideal para maximizar (r) nos metais CCC seria uma tira com textura [111] na sua direção normal, e com os planos {111} orientados aleatoriamente no plano da chapa.
A anisotropia cristalográfica tem menor influência sobre operações de estiramento. Inicialmente, esta propriedade foi considerada indesejável em materiais destinados a operações de estampagem, devido à chance de formação de orelhas. Contudo, é de grande importância no que se refere à estampagem profunda, uma vez que nesta operação não se deseja a diminuição significativa da espessura do material.
	Definições
	As soluções Sonelastic® se destinam a caracterização simultânea dos módulos elásticos e do amortecimento(atrito interno) de materiais.
No caso de materiais isotrópicos, em que as propriedades não dependem da direção em que são medidas, os módulos são:
Módulo de Young ou Módulo de Elasticidade (Y ou E).
É uma grandeza proporcional à rigidez de um material quando este é submetido a uma tensão externa de tração ou compressão. Basicamente, é a razão entre a tensão aplicada e a deformação sofrida pelo corpo, quando o comportamento é linear, como mostra a equação 
E=δ/ε, em que:
E= Módulo de elasticidade ou módulo de Young (Pascal)
δ= Tensão aplicada (Pascal)
ε= Deformação elástica longitudinal do corpo de prova (adimensional).
Imaginando-se uma borracha e um metal, e aplicando-se a mesma tensão em ambos, verificaremos uma deformação elástica muito maior por parte da borracha comparada ao metal. Isto mostra que o módulo de Young do metal é mais alto que o da borracha e, portanto, é necessário aplicar uma tensão maior para que ele sofra a mesma deformação verificada na borracha, veja figura abaixo.
	
	Quanto menor o módulo elástico, maior a deformação.
Módulo de Cisalhamento (G)
É definido para o esforçode cisalhamento pela equação G =Τ/Υ, em que:
G= Módulo de Cisalhamento (Pascal)
Τ= Tensão cisalhante (Pascal)
Υ= Deformação elástica de cisalhamento do corpo de prova (adimensional).
A tensão de cisalhamento relaciona-se com uma força aplicada paralelamente a uma superfície, com o objetivo de causar o deslizamento de planos paralelos uns em relação aos outros (veja figura abaixo). No caso, a deformação de cisalhamento, Υ, pode ser calculada pela tangente do ângulo θ.
	
	Representação do esforço de cisalhamento.
Razão de Poisson (µ)
Mede a deformação transversal (em relação à direção longitudinal de aplicação da carga) de um material homogêneo e isotrópico. Em particular, no caso da razão de Poisson, a relação estabelecida não é entre tensão e deformação, mas sim entre deformações ortogonais pela equação µ=-εx/εz=-εy/εz, em que:
µ= Razão de Poisson (adimensional)
εx= Deformação na direção x, que é transversal
εy= Deformação na direção y, que é transversal
εz= Deformação na direção z, que é a longitudinal
εy, εy e εz são também grandezas adimensionais, já que são deformações.
O sinal negativo na equação da razão de Poisson é adotado porque as deformações transversais e longitudinais possuem sinais contrários. Materiais convencionais contraem-se transversalmente quando esticados longitudinalmente e se encolhem transversalmente quando comprimidos longitudinalmente. A contração transversal em resposta à extensão longitudinal devido a uma tensão mecânica de tração corresponde a um coeficiente de Poisson positivo. Ao se esticar uma borracha, por exemplo, você notará que ela se contrairá na direção perpendicular àquela que você a esticou inicialmente. Por outro lado, quando o material possui um coeficiente de Poisson negativo (que são casos muitíssimo especiais) ele se expande transversalmente quando tracionado. Materiais que apresentam coeficiente de Poisson negativo são denominados auxéticos e também conhecidos como anti-borrachas.
Para materiais isotrópicos, o módulo de cisalhamento, o módulo de Young e a razão de Poisson são relacionados pela equação E= 2G(1+µ). Para a maioria dos metais que possui razão de Poisson de 0,25, G equivale a aproximadamente 0,4E; desta forma, se o valor de um dos módulos for conhecido, o outro pode ser estimado.
Muitos materiais são elasticamente anisotrópicos; isto é, o comportamento elástico (por exemplo, a magnitude de E) varia de acordo com a direção cristalográfica (ver apêndice A). Para esses materiais, as propriedades elásticas são completamente caracterizadas somente com a especificação de diversas constantes elásticas, o número destas dependendo das características estruturais do cristal. Mesmo para os materiais isotrópicos, pelo menos duas constantes devem ser dadas para que se tenha a caracterização completa das propriedades elásticas. Uma vez que a orientação do grão é aleatória na maioria dos materiais policristalinos sem textura, esses podem ser considerados isotrópicos. Vidros inorgânicos também são isotrópicos.