Mecânica de Materiais: Vibrações, Rupturas e Fraturas

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Todos os materiais apresentam frequências naturais de vibração quando solicitados externamente. Um caso 
famoso se refere a ponte sobre o Estreito de Tacoma, mostrado na figura a seguir, em Washington nos 
Estados Unidos, em novembro de 1940, quando ventos com velocidade média de 70km/h provocaram 
modos de vibração longitudinais (ao logo da ponte) e modos de vibração torsionais, que resultaram na 
ruptura da ponte. 
 
Entre as opções a seguir, identifique aquela que NÃO corresponde a uma afirmação correta. 
 
 
 
No fenômeno da ressonância, podemos considerar que os corpos oscilantes assumem amplitude 
máxima quando submetidos a determinadas frequências. 
 
O fenômeno da ressonância mecânica ocorre quando o estímulo externo ocorre na mesma 
frequência natural de vibração do material 
 
Considerando apenas fenômeno da ressonância, uma tropa de soldados pode atravessar uma 
ponte caminhando normalmente (sem cadência) sem problemas de eventuais fraturas. 
 
A fratura devido a ressonância ocorre quando o corpo apresenta amplitudes de vibração cada vez 
maiores quando solicitado. 
 
 
Na prevenção do fenômeno da ressonância, devemos considerar que os esforços cíclicos 
atuantes sobre uma estrutura devem reproduzir as frequências naturais dessa estrutura. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
O gráfico tensão-deformação de engenharia presente revela as diversas fases de deformação pelas quais 
um corpo de prova de seção reta circular passa ao ser submetido a uma carga de tração gradativamente 
crescente. Considerando o fenômeno físico que originou o gráfico e suas características, só NÃO podemos 
afirmar: 
 
 
 
 
O limite de resistência a tração do corpo é representado pelo ponto C. 
 
O ponto B que nos interessa para representar a máxima resistência à tração. 
 
O ponto C represente a ruptura do corpo de prova. 
 
O ponto A representa a tensão de escoamento do material. 
 
O ponto B representa a maior tensão suportada pelo material. 
 
 
Em algumas situações, como a verificada na figura a seguir, materiais reconhecidamente dúcteis 
apresentam fratura frágil. Isto ocorre em função da incapacidade da rede atômica em responder 
plasticamente ao campo de tensões que rapidamente se estabelece, ou seja, a rede cristalina não possui o 
tempo necessário para se movimentar e assim gerar a deformação. 
 
Entre as opções a seguir, identifique aquela que NÃO corresponde a uma afirmação correta. 
 
 
 
No estudo desse tipo de fratura é importante saber até que temperatura a estrutura é capaz de 
absorver energia de deformação sem se fraturar catastroficamente. 
 
Em laboratório, esta temperatura de transição dúctil-frágil é determinada através do ensaio de 
Charpy. 
 
 
Esse tipo de fratura é facilitada pelo campo de deformação plástica que geralmente caracteriza 
as deformações em baixas temperaturas. 
 
Um parâmetro importante no estudo da fratura a altas taxas de deformação é a temperatura de 
transição dúctil-frágil. 
 
Em laboratório, utilizamos o ensaio de Charpy para determinar parâmetros associados a esse 
tipo de fratura. 
 
 
O engenheiro projetista, assim como outros profissionais que se dedicam ao projeto de componentes 
mecânicos, deve possuir noções qualitativas e quantitativas das causas e dos tipos de fratura nos materiais. 
Entre as opções a seguir, identifique aquela que NÃO corresponde a um tipo de fratura. 
 
 
 
Fratura por ressonância mecânica. 
 
Fratura por intensificação do campo de tensões devido a defeitos. 
 
 
Fratura por fragilização por hidrogênio molecular. 
 
Fratura devido a altas taxas de deformação. 
 
Fratura por fluência. 
 
 
É responsabilidade do engenheiro projetista se assegurar que o componente idealizado não sofra falhas que 
resultem em fraturas e que trabalhe dentro das tolerâncias de variações dimensionais determinadas no 
projeto. Para tanto, é necessário que este profissional conheça os diversos tipos de fratura e suas causas. 
Entre as opções a seguir, identifique aquela que NÃO corresponde a um tipo de fratura. 
 
 
 
Fratura por sobrecarga. 
 
Fratura devido a altas taxas de deformação. 
 
Fratura por intensificação do campo de tensões devido a defeitos 
 
Fratura por fadiga. 
 
 
Fratura por ressonância magnética. 
 
 
Os materiais estruturais são projetados para funcionar no regime de deformação elástica, ou seja, cessado o 
estímulo da deformação, o corpo retorna às suas dimensões originais, previstas no projeto. Quando um 
componente estrutural passa a apresentar deformação plástica (aquela que não desaparece com o cessar do 
estímulo), provavelmente perdeu suas características dimensionais necessárias ao funcionamento de uma 
estrutura maior no qual se encontra inserido, como mostrado na figura a seguir. 
 
Com relação ao exposto e considerando a figura anterior, determine qual o tipo de fratura provavelmente 
exemplificada. 
 
 
 
Fratura devido a altas taxas de deformação. 
 
 
Fratura por sobrecarga. 
 
Fratura por ressonância magnética. 
 
Fratura por fadiga. 
 
Fratura por intensificação do campo de tensões devido a defeitos. 
 
 
Existem basicamente dois tipos de fratura, a dúctil e a frágil. O primeiro tipo se caracteriza pela dissipação 
de energia utilizada no processo na forma de deformação plástica, enquanto o segundo tipo apresenta 
deformação plástica praticamente nula. Na figura a seguir, existem dois corpos de prova, sendo que um 
deles apresenta uma deformação característica (indicada pela seta), cuja denominação correta encontra-se 
em um dos itens a seguir. 
 
Identifique o item mencionado anteriormente. 
 
 
 
Empescoçamento. 
 
Afinamento. 
 
Empernamento. 
 
Entroncamento. 
 
Encolhimento. 
 
 
Em alguns ensaios de tração, conseguimos identificar superfícies de fratura características, como as 
mostradas na figura a seguir. 
 
Entre as opções a seguir, identifique aquela que melhor se adéqua a descrição das superfícies visualizadas. 
 
 
 
Cano-copo. 
 
 
Taça-cone. 
 
Cone-poliedro. 
 
Copo-panela. 
 
Côncavo-convexo. 
 
 
 
 
 
 
 
A fratura frágil apresenta superfície de fratura relativamente plana, sem deformação plástica apreciável. Em 
alguns metais, podemos observar as assinaladas na figura a seguir. 
 
Entre as opções a seguir, identifique aquela que apresenta o termo comumente utilizado na literatura 
específica para descrevê-la. 
 
 
 
Marcas plásticas. 
 
Marcas de fratura. 
 
 
Marcas de sargento. 
 
Marcas elásticas. 
 
Marcas de ondulatórias. 
 
Do ponto de vista microscópico, os materiais frágeis e cristalinos podem apresentar fraturas como 
consequência do rompimento de ligações atômicas em determinados planos, como mostrado na figura 
oriunda de Microscopia Eletrônica de Varredura - MEV a seguir. 
 
Considerando os aspectos cristalográficos, identifique qual opção apresenta a denominação CORRETA do 
tipo de fratura. 
 
 
 
Transzonal. 
 
Transgranular. 
 
 
Intergranular. 
 
Interzonal. 
 
Transcristalina. 
 
 
 
 
 
 
 
Considerando a figura a seguir, que descreve as fases de um corpo que sofreu deformação plástica, 
identifique-as corretamente. 
 
 
 
 
Coalescimento de vazios, nucleação de vazios, estricção, cisalhamento da superfície e fratura. 
 
 
Estricção, nucleação de vazios, coalescimento de vazios, cisalhamento da superfície e fratura. 
 
Nucleação de vazios, estricção, coalescimento de vazios, cisalhamento da superfície e fratura. 
 
Cisalhamento da superfície, estricção, nucleação de vazios, coalescimento de vazios e fratura.Fratura, estricção, nucleação de vazios, coalescimento de vazios e cisalhamento da superfície. 
 
 
Em algumas situações em que ocorre a interação entre elementos envolvidos na composição do material, 
ocorre a fragilização do contorno de grão, criando um caminho preferencial para trincas. Considerando o 
exposto, qual o tipo de fratura mais adequada para ser associada ao contexto? 
 
 
 
Hipergranular. 
 
Supergranular. 
 
 
Intergranular. 
 
Transgranular. 
 
Hipogranular. 
 
 
A abordagem aceitável no dimensionamento de um projeto consiste em determinar o fator de concentração 
de tensões (Kt > 1) associado a alguma descontinuidade geométrica. Este valor, multiplicado pela tensão 
nominal, indica o nível de tensões efetivo na região de descontinuidade. O fator de concentração de tensões 
é uma recurso quantitativo associado à segurança, que poderá ser utilizado pelo projetista. 
Com relação a este fator, PODEMOS afirmar: 
 
 
 
Kt < -1 
 
0 < Kt < 1 
 
 
Kt > 1 
 
0 < Kt < 0,5 
 
Kt = 1 
 
 
 
 
 
 
As descontinuidades ou mudanças bruscas na seção existente em um elemento estrutural provocam uma 
redistribuição do campo de tensões e deformações nas suas proximidades em que as linhas do campo de 
tensão são mais densas nas proximidades da descontinuidade. Neste contexto, é definido o fator de 
concentração de tensões (Kt), que é um número adimensional, ou seja, sem unidade, e que é dado pela 
razão entre as tensões. Considerando as opções a seguir, identifique qual representa CORRETAMENTE o 
Kt. 
 
 
 
Kt = σ variável / σmédia 
 
Kt = σ min / σmédia 
 
Kt = σ média / σvariável 
 
 
Kt = σ máx / σmédia 
 
Kt = σmédia / σ máx 
 
 
Considere um corpo submetido a um ensaio de tração tal que a tensão normal média seja de 100 MPa. Se 
existe um pequeno furo circular neste corpo, funcionando como um concentrador de tensões e, supondo que 
o fator de concentração seja de 2,5, determine a maior tensão que ocorre nas proximidades do furo. 
 
 
 
250,0 MPa. 
 
40,0 MPa. 
 
625,0 MPa. 
 
125,0 MPa. 
 
150,0 MPa. 
 
 
 
 
A partir de um estado geral de tensões, dois estados particulares são essenciais para o entendimento 
espessura na propagação de trincas, a partir dos entalhes: o estado plano de tensões (EPT) e o estado 
plano de deformações (EPD). 
Com relação a esses dois estados, só NÃO podemos afirmar: 
 
 
 
À medida que nos aproximamos do estado plano de tensões, a região associada a deformação 
plástica aumenta. 
 
 
O estado plano de tensões ocorre tipicamente em placas infinitas e espessas que estão sujeitas 
apenas a forças de carga paralelas a elas, ou seja, σx e σy são diferentes de zero e σz é nula. 
 
À medida que aumentamos a espessura da placa, temos a evolução do estado plano de tensões 
para um estado misto até atingirmos o estado plano de deformação. 
 
O estado plano de deformações ocorre tipicamente em placas espessas, ou seja, a deformação 
perpendicular à placa é nula. 
 
À medida que nos aproximamos do estado plano de deformações, a zona associada à 
deformação plástica diminui. 
 
 
Em uma placa de dimensões infinitas quando comparada ao tamanho dos defeitos, é aplicada uma tensão 
de 310 MPa. Atravessando esta placa, existe um furo elíptico, funcionando como um concentrador de 
tensões. Supondo que o fator de concentração seja de 3,1, determine aproximadamente a maior tensão que 
ocorre nas proximidades do furo. 
 
 
 
625,0 MPa 
 
125,0 MPa 
 
 
960,0 MPa 
 
150,0 MPa 
 
10,0 MPa 
 
 
O fator de concentração de tensões (Kt) associado a alguma descontinuidade é função da geometria desta. 
Nas situações reais de engenharia, via de regra, muitas destas descontinuidades não apresentam geometria 
simples. Desta forma, algumas aproximações para tais descontinuidades são feitas, supondo estas como 
elementos geométricos conhecidos. 
Entre as opções a seguir, indique aquela que indica uma forma geométrica geralmente aceita para 
representar uma descontinuidade. 
 
 
 
Elípse. 
 
Retângulo. 
 
Triângulo. 
 
Quadrado. 
 
Losango. 
 
 
Após os fatores de segurança de um projeto serem considerados, se estabeleceu que uma chapa de aço de 
grandes dimensões (infinita em comparação com os defeitos presentes), fabricada com KIC =60 
MPa.m1/2 com limite a escoamento (deformação plástica) igual a 500 MPa (a chapa não deve ser solicitada 
acima deste limite). Sabendo-se que os defeitos máximos de fabricação da chapa alcançam 0,5mm no 
máximo, determine a tensão crítica para propagação da trinca. 
 
 
 
1.000 MPa aprox. 
 
3.000 MPa aprox. 
 
 
1.500 MPa aprox. 
 
750 MPa aprox. 
 
600 MPa aprox. 
 
 
A Mecânica da Fratura Linear Elástica (MFLE) assume como premissa para desenvolver seu modelo teórico 
que as deformações que ocorrem na ponta de um defeito básico de um material (neste contexto o defeito 
considerado é uma trinca de ponta aguda) seguem essencialmente o padrão elástico. A teoria que conduz a 
Mecânica Linear da Fratura pode ser introduzida a partir da expressão a seguir, apresentada por Alan A. 
Griffith: 
σc=(2Eγs / πa)
1/2
 
Considerando a expressão anterior, identifique o item cuja associação está INCORRETA: 
 
 
 
σc: é a tensão crítica necessária a para propagação de uma trinca em um material. 
 
a: é a metade do comprimento de uma trinca interna. 
 
 
 π: constante relacionada ao tipo de fratura. 
 
E: módulo de elasticidade. 
 
γs: é o módulo de energia de superfície específica. 
 
 
 
Considerando que um corpo de prova atua predominantemente em regime de deformação elástica até sofrer 
fratura, determine qual das abordagens expressas nos itens a seguir é mais adequada para estudar o 
fenômeno. 
 
 
 
CTOD - Crack tip opening displacement. 
 
Mecânica da fratura linear plástica. 
 
Mecânica da fratura elasto-plástica. 
 
 
Mecânica da fratura linear elástica. 
 
Método da integral "J". 
 
 
A Mecânica da Fratura se bifurcou para tratar questões de engenharia, associadas ao regime elástico e de 
deformação e ao regime plástico de deformação, originando dois segmentos para a modelagem físico-
matemática: MECÂNICA DA FRATURA LINEAR ELÁSTICA (MFLE) e a MECÂNICA DA FRATURA 
ELASTO-PLÁSTICA (MFEP). Com relação a estas duas vertentes da Mecânica da Fratura, 
só NÃO podemos afirmar: 
 
 
 
Se o campo de deformação elástico na ponta da trinca é pequeno (deformação elástica 
predominante) então utilizamos a Mecânica da Fratura Linear Elástica (MFLE). 
 
Se a placa é delgada, provavelmente teremos um regime plástico de deformação na ponta da 
trinca, podendo-se utilizar a Mecânica da Fratura Elasto-Plástica (MFEP). 
 
Se o campo de deformação plástico na ponta da trinca não for desprezível (deformação plástica 
predominante) então utilizamos a Mecânica da Fratura Elasto-Plástica (MFEP). 
 
Se o campo de deformação plástico na ponta da trinca é pequeno (deformação elástica 
predominante) então utilizamos a Mecânica da Fratura Linear Elástica (MFLE). 
 
Se a placa é espessa, provavelmente teremos um regime elástico de deformação na ponta da 
trinca, podendo-se utilizar a Mecânica da Fratura Linear Elástica (MFLE). 
 
 
É amplamente aceito que a Mecânica da Fratura Elasto-Plástica é essencial para a análise e escolha de aços 
de médio e baixo carbono. 
Entre as opções a seguir, escolha a que MELHOR se adequa a esta afirmação. 
 
 
 
Isto ocorre em consequência da presença de deformação plástica nos processos de fratura 
destes aços. 
 
Isto ocorre em consequência da corrosão que acompanha os aços de baixo e médiocarbono. 
 
Isto ocorre em consequência da deformação essencialmente elástica destes materiais. 
 
Isto ocorre em consequência da alta fragilidade destes aços. 
 
Isto ocorre em consequência das corriqueiras fraturas frágeis presentes nestes aços. 
 
 
A Mecânica da Fratura Elasto-plástica considera que o campo de deformação plástico na ponta da trinca não 
é desprezível (deformação plástica predominante) e promove efetivamente deformação plástica. A 
expressão anterior, apresentada por Alan A. Griffith σc=√((2Eγs)/πa) é modificada, assumindo a 
forma: σc=√((2E(γs+γP))/πa). 
Considerando a expressão anterior, identifique o item cuja associação está INCORRETA: 
 
 
 
γP: é a energia associada à deformação plástica. 
 
E: módulo de elasticidade. 
 
a: é a metade do comprimento de uma trinca interna. 
 
γs: é o módulo de energia de superfície específica. 
 
 
σc: é a tensão crítica necessária a para a nucleação de uma trinca em um material. 
 
 
As trincas se propagam a partir da atuação das tensões dinâmicas sobre o material. Mesmo submetendo o 
material a tensões abaixo do limite de escoamento, na ponta da trinca temos um valor superior a este limite 
devido a atuação de concentrador de tensões deste defeito. Como a tensão é cíclica, o material pode sofrer 
diversas combinações de tensão, que de forma simplificada podem ser expressas por tração-tração, tração-
"tensão nula" e tração-compressão, como pode ser observado na figura a seguir. 
 
Considerando uma ordem crescente de severidade dos estados de tensão para ocorrência de fratura por 
fadiga, PODEMOS afirmar que: 
 
 
 
a=b=c 
 
c>a>b 
 
b>c>a 
 
a>b>c 
 
 
c>b>a 
 
 
Durante a propagação da trinca, duas morfologias superficiais surgem em alguns materiais, como mostrado 
na figura a seguir. 
 
Identifique a opção que fornece denominação CORRETA dessa morfologia. 
 
 
 
Marcas de praia. 
 
Marcas de fadiga. 
 
Marcas de deformação. 
 
Ondulações. 
 
Estrias. 
 
 
 
As fraturas por fadiga se iniciam em trincas internas ou superficiais, que por sua vez podem se iniciar em 
concentradores de tensão microscópicos (inferiores a 0,04cm) ou macroscópicos, ou mesmo terem surgido 
durante os processos de fabricação e de manufatura. Portanto, a trinca é o elemento essencial neste 
fenômeno, que pode ser segmentado em três estágios, entre os quais PODEMOS citar: 
 
 
 
Sumidouro da trinca. 
 
Interrupção da trinca. 
 
Deslizamento da trinca. 
 
 
Início da trinca. 
 
Estancamento da trinca. 
 
 
Com relação ao fenômeno da fratura sob fadiga, só NÂO podemos afirmar: 
 
 
 
Mesmo um material sem defeitos superficiais pode apresentar detalhes concentradores de 
tensão, como extrusões e inclusões oriundas do deslizamento de planos atômicos. 
 
A trinca geralmente surge em um detalhe do material que representa um concentrador de 
tensões, o que pode ser representado por uma falha de fabricação ou manufatura. 
 
 
As trincas se propagam a partir da atuação das tensões dinâmicas sobre o material somente 
quando estas assumem valores acima do limite de escoamento do material. 
 
A fratura também pode se originar em um "defeito" superficial, como riscos, ângulos vivos, 
rasgos de chaveta, fios de rosca e mossas oriundas de pancadas 
 
A propagação da trinca ocorre quando o material está submetido a tensões trativas que resultem 
em tensões acima do limite de escoamento na ponta da trinca. 
 
 
Geralmente, a trinca surge em um detalhe do material que representa um concentrador de tensões, o que 
pode ser representado por uma falha de fabricação ou manufatura, uma inclusão natural do material, como 
exemplificado no desenho esquemático a seguir. 
 
Identifique a opção que fornece CORRETAMENTE E EM SEQUÊNCIA DE OCORRÊNCIA as etapas do 
fenômeno da fratura por fadiga. 
 
 
 
Concentrador de tensões, propagação da trinca, iniciação da trinca fratura do material. 
 
Concentrador de tensões, fratura do material, iniciação da trinca, propagação da trinca. 
 
Concentrador de tensões, propagação da trinca, iniciação da trinca, fratura do material. 
 
Concentrador de tensões, propagação inicial da trinca, propagação da trinca, fratura do material. 
 
 
Concentrador de tensões, iniciação da trinca, propagação da trinca, fratura do material. 
 
 
 
 
 
 
Sobre os modelos físico-matemáticos que descrevem o fenômeno da falha por fadiga, podemos afirmar, 
com EXCEÇÃO de: 
 
 
 
O ensaio de flexão rotativa é um ensaio de fadiga a baixas ciclos ¿ FBC e é realizado a partir de 
campo de tensões-trativo e compressivo até ocorrer a ruptura do corpo de prova. 
 
A grande dispersão de dados na curva S-N é uma função da grande quantidade de corpos de 
prova utilizados e suas diferenças macro e microestruturais. 
 
O modelo S-N é o mais antigo, sendo muito utilizado em projetos de componentes mecânicos 
que funcionam em regime rotativo, como eixos virabrequim de automóveis. 
 
No modelo S-N, considera-se que períodos de inatividade na utilização do componente não são 
significativos para o fenômeno da fadiga se o corpo estiver em um ambiente não corrosivo. 
 
 
Existem várias técnicas de ensaio relacionadas à curva S-N, originadas a partir dos experimentos 
de Wöhler, que submeteu um eixo giratório em balanço a um carregamento de flexão. 
 
 
Analisando historicamente o desenvolvimento do estudo da fadiga, observa-se que a partir da década de 
1960, houve uma nova abordagem do fenômeno, valorizando-se dois aspectos: a nucleação da trinca e o 
crescimento da mesma, sendo este último representado pela expressão a seguir: da/dN=A.∆Km Com relação 
aos itens seguintes, só NÂO podemos afirmar: 
 
 
 
"m" é um fator exponencial pertencente ao conjunto dos números reais positivos. 
 
"da/dN" é a taxa de crescimento da trinca em função do número de ciclos. 
 
"N" é o número de ciclos 
 
"a" está associado ao tamanho da trinca o tamanho. 
 
 
"A" é a área da seção reta do corpo. 
 
 
Considerando as três fases do fenômeno da fadiga mostradas no gráfico a seguir, identifique o que 
significa KTh. 
 
 
 
 
Valor de K para o qual não há praticamente propagação de trinca. 
 
Valor de K para o qual há propagação de trinca em taxa igual a zero. 
 
Valor de K para o qual há propagação de trinca desacelerada. 
 
Valor de K para o qual há propagação de trinca resultando em fratura catastrófica. 
 
Valor de K para o qual há propagação de trinca acelerada. 
 
 
 
Com relação ao fenômeno da propagação de trincas, sabemos estado de tensão nula, a mesma, porém à 
medida que o estado de tensão se torna trativo, ocorre a propagação da mesma e nos nos estados de 
tensão compressiva, a trinca é fechada sobre as novas superfícies de propagação criadas nas etapas 
anteriores. Considerando a figura a seguir, identifique a opção INCORRETA. 
 
 
 
 
Em "e", não ocorre a propagação da trinca. 
 
 
Em "a", ocorre a propagação da trinca. 
 
Em "b", ocorre a propagação da trinca. 
 
Em "a", não ocorre a propagação da trinca. 
 
Em "d", não ocorre a propagação da trinca. 
 
 
Considerando-se o modelo de Paris e Erdogan para análise do fenômeno da fadiga, assinale a 
opção CORRETA: 
 
 
 
No estágio II, a deformação na ponta da trinca pode estender-se através dos grãos, conferindo 
um caráter essencialmente plástico a propagação da trinca. 
 
No modelo de Paris-Erdogan, podemos identificar quatros estágios, denominados pelos 
algarismos romanos I, II, III e IV. 
 
A expressão de Paris-Erdogan representa muito bem os três estágios da propagação de trinca, 
servindocomo excelente ferramenta de projeto para os engenheiros. 
 
No estágio III, ocorrem taxas de crescimento de trinca superiores à 10-5 m/ciclo, porém não há 
envolvimento de descontinuidades no processo de crescimento da trinca. 
 
No estágio I, ocorrem grandes taxas de crescimento da trinca. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Considerando a figura a seguir, que retrata um ciclo completo de trabalho de uma aeronave (taxiamento na 
pista, decolagem, deslocamento de cruzeiro, ocorrência de turbulência, aterrissagem e taxiamento final), 
identifique a fase em que é menos provável a propagação de trincas. 
 
 
 
 
 
Taxiamento na pista. 
 
Aterrissagem. 
 
Deslocamento de cruzeiro. 
 
Ocorrência de turbulência. 
 
Decolagem. 
 
 
Considerando o fenômeno da fratura de um material submetido a fadiga, assinale a opção CORRETA. 
 
 
 
A nucleação de trincas ocorre durante vários ciclos no fenômeno da fadiga, sendo sempre de 
origem superficial. 
 
 
No fenômeno da fadiga, existe uma fase de crescimento subcrítico da trinca, ou seja, o 
crescimento não é sempre catastrófico. 
 
O fator de intensidade de tensões é uma parâmetro da Mecânica da Fratura Linear Elástica-MFLE 
que não é utilizado no entendimento da fadiga. 
 
A nucleação de trincas é uma ocorrência que ocupa um longo período de tempo na vida de um 
corpo sob fadiga. 
 
No fenômeno da fadiga, o crescimento de uma trinca é sempre catastrófico não havendo 
possibilidade de imobilização. 
 
 
Com relação aos efeitos da temperatura e da tensão sobre a fluência, NÃO podemos afirmar: 
 
 
 
O aumento da temperatura provoca o aumento da deformação inicial. 
 
 
O aumento da tensão provoca a diminuição da deformação inicial. 
 
O aumento da temperatura provoca o aumento da taxa de deformação no período de fluência 
estacionária. 
 
O aumento da tensão provoca o aumento da taxa de deformação no período de fluência 
estacionária. 
 
O aumento da temperatura e da tensão provoca a diminuição do tempo de vida do corpo de 
prova até a ruptura. 
 
 
 
 
Considere um determinado aço ferrítico cujo parâmetro de Larson-Miller é fornecido pelo gráfico a seguir. 
 
Com base nas informações fornecidas, determine a vida do componente até a ruptura, considerando que o 
mesmo está operando a 950K sob tensão de 100MPa. 
 
 
 
45 horas aproximadamente. 
 
65 horas aproximadamente. 
 
60 horas aproximadamente. 
 
 
55 horas aproximadamente. 
 
50 horas aproximadamente. 
 
 
Nas "engenharias", existem diversos ensaios que visam determinar as características dos matérias, entre os 
quais encontram-se o que está representado na figura a seguir. Assinale a opção que identifica o ensaio 
representado. 
 
 
 
 
Ensaio de corrosão. 
 
Ensaio de fadiga. 
 
Ensaio de flexão. 
 
 
Ensaio de fluência. 
 
Ensaio de tração uniaxial a temperatura ambiente. 
 
 
 
 
Na maioria das vezes, a obtenção de dados em ensaios normais em laboratório para posterior utilização em 
projetos de engenharia é de difícil execução, uma vez que para temperaturas em torno da temperatura 
ambiente, o ensaio pode durar anos. Para minimizar o problema, existem métodos de extrapolação de 
dados, entre os quais o método de Larson-Miller, que utiliza dados coletados em ensaios realizados a 
temperaturas superiores às requeridas na prática e tensões compatíveis àquelas a serem utilizadas no 
projeto de engenharia. O uso de temperaturas mais altas abrevia o ensaio. 
O método citado utiliza a expressão a seguir. 
m =T (C+logtr) 
Considerando os termos dessa expressão, identifique aquele que apresenta identificação INCORRETA. 
 
 
 
C - é uma constante do material (comumente na ordem de 20). 
 
T - é a temperatura absoluta de execução do ensaio. 
 
 
Log: logaritmo na base "2". 
 
m - é o parâmetro de Larson-Miller. 
 
tr - é o tempo de ruptura em horas. 
 
 
O fenômeno da fluência pode ser dividido em três etapas, denominadas de fases da fluência. Em relação a 
estas fases, só NÃO podemos afirmar: 
 
 
 
A região I é também conhecida como transiente e é caracterizada pela taxa de deformação 
decrescente ao longo do tempo. 
 
Na região II, a taxa de deformação é constante e é a mais duradoura das três fases da fluência. 
 
Na região III, ocorre o aumento da taxa de deformação, resultando na ruptura do material. 
 
 
Na região II, a constância da taxa de deformação resulta da diminuição do processo de 
encruamento. 
 
Na região I, a diminuição da taxa de deformação é uma consequência do encruamento do 
material, que dificulta a deformação. 
 
 
A temperatura e a tensão influenciam a taxa de deformação no fenômeno da fluência. Para temperaturas 
significativamente abaixo de 0,4Tf, a taxa de deformação não varia após a deformação inicial, porém o 
mesmo não ocorre em temperaturas acima deste limite. Analisando o gráfico a seguir, NÃO podemos 
afirmar: 
 
 
 
 
A T3 a fluência é mais intensa que a T2. 
 
A T3 a fluência é máxima. 
 
 
A T2 a fluência é mais intensa que a T3. 
 
A T3 a fluência é mais intensa que a T1. 
 
A T2 a fluência é mais intensa que a T1. 
 
Alguns metais como o cromo, o ferro, o níquel, o titânio e alumínio e suas ligas apresentam a capacidade de 
criar uma camada de óxido muito fina e aderente, que desempenha o papel de isolar o material da 
atmosfera oxidante, como mostrado esquematicamente na figura. 
 
Identifique o item que apresenta a CORRETA denominação deste fenômeno. 
 
 
 
Passivação. 
 
Abrasão. 
 
Corrosão. 
 
Ativação. 
 
Cementação. 
 
 
No que se refere à corrosão dos metais, podemos entender o processo a partir de reações eletroquímicas, 
em que há uma reação de oxidação (perda de elétrons) e outra reação de redução (ganho de elétrons). O 
local em que ocorre a oxidação é denominado de anodo, enquanto o local onde ocorre a redução é o catodo. 
Considerando um metal genérico "M", identifique o item CORRETO. 
 
 
 
Reação de oxidação: M ⇒ Mn+ + ne- (anodo) 
 
Reação de oxidação: M ⇒ Mn+ - ne- (anodo) 
 
Reação de oxidação: M ⇒ Mn+ + ne- (catodo) 
 
Reação de redução: M ⇒ Mn+ + ne- (anodo) 
 
Reação de redução: Mn+ + ne- ⇒ M (anodo) 
 
 
 
 
 
Entre as medidas utilizadas para se evitar a correção galvânica, podemos citar, com EXCEÇÃO de: 
 
 
 
Tentar isolar eletricamente os dois metais que construirão a junção. Adotar um terceiro metal 
com características anódicas mais acentuadas que os outros dois metais que participam do 
componente. 
 
Isolar os dois metais que participam do componente para que não tenham contato. 
 
Colocar em contato metais que estejam próximos na série galvânica. 
 
 
Adotar um anodo de sacrifício com material mais nobre que os outros dois materiais que já 
participam da estrutura. 
 
Adotar uma razão entre áreas anodo/catodo o maior possível 
 
 
O aço inoxidável é um material apresenta altos teores de cromo (~11%) em solução sólida, o que permite 
ao mesmo quando em contato como oxigênio formar uma fina camada de óxido de cromo, tão fina que se 
torna imperceptível ao olho humano, protegendo-o contra a corrosão. Identifique o item que apresenta 
a CORRETA denominação deste fenômeno. 
 
 
 
Corrosão. 
 
Abrasão. 
 
 
Passivação. 
 
Cementação. 
 
Ativação. 
 
 
A composição de eletrodos metálicos e soluções eletrolíticas é denominada de pilha eletrolítica. No caso 
particular de eletrodos de Fe-Cu, como exemplificado na figura, identifique a o item CORRETO. 
 
 
 
 
Reação de oxidação: Fe ⇒ Fe2+ + 2e- (anodo)Reação de redução: Cu2+ + 2e-⇒ Cu (anodo) 
 
Reação de redução: Cu2+ ⇒ Cu + 2e- (catodo) 
 
Reação de oxidação: Fe ⇒ Fe2+ + 2e- (catodo) 
 
Reação de oxidação: Fe + 2e- ⇒ Fe2+ (anodo) 
 
 
 
Existem diversos casos de fratura sob corrosão, entre os quais aquele que ocorre tipicamente em aços 
inoxidáveis (a) em atmosfera de cloreto de sódio e nas ligas de cobre, como os latões (b), em ambiente 
amoniacal, como observado na figura a seguir. 
 
Identifique a opção que menciona corretamente o tipo de corrosão de que trata o texto anterior: 
 
 
 
Corrosão galvânica. 
 
Fragilização por hidrogênio. 
 
Corrosão sob fadiga. 
 
Corrosão-erosão. 
 
 
Corrosão sob tensão. 
 
 
A série galvânica dos elementos e substâncias descreve a maior ou menor susceptibilidade destes em se 
comportar como anodo ou catodo . Entre os elementos a seguir, selecione aquele que 
apresenta MAIOR caráter anódico: 
 
 
 
 
Zinco. 
 
Platina. 
 
 
Magnésio. 
 
Ouro. 
 
Chumbo. 
 
 
A mecânica da fratura linear elástica - MFLE é utilizada em conjunto com as modelagens químicas para 
compreensão do fenômeno da corrosão, sendo ferramenta essencial no entendimento das condições que 
conduzem a fratura. Com relação a MFLE só NÃO podemos afirmar: 
 
 
 
O dispositivo adaptado para utilização em meio corrosivo possui uma célula de corrosão com 
solução que simula o efeito do ambiente em que a peça irá operar. 
 
O valor de KIEAC de aços e ligas de titânio aparece bem definido no gráfico obtido por este ensaio 
para obtenção de KIC. 
 
Embora seja um método consagrado para determinação em laboratório do valor de KIC, descrito 
na norma ASTM E-399, sua variação para utilização em ambientes corrosivos não se encontra 
ainda normatizada, 
 
Na adaptação do método para uso em corrosão, constata-se que existe um valor K abaixo do 
qual não ocorre crescimento subcrítico de trinca (KIEAC do material, onde EAC é - "Environment 
Assisted Cracking"). 
 
 
O valor de KIEAC para ligas de alumínio é o que possui maior definição no gráfico obtido por este 
ensaio para obtenção de KIC. 
 
 
Existe um tipo de corrosão que afeta as borrachas como o estireno e o nitrilo butadieno entre outros (figura 
a seguir). Na presença de ozônio, o fenômeno se torna mais intenso, uma vez que este composto afeta as 
ligações duplas presentes nestes compostos, diminuindo a resistência mecânica dos mesmos. 
 
Identifique a opção que menciona corretamente o tipo de corrosão de que trata o texto anterior: 
 
 
 
Fragilização por hidrogênio. 
 
Corrosão-erosão. 
 
Corrosão galvânica. 
 
 
Corrosão sob tensão. 
 
Corrosão sob fadiga. 
 
 
 
Considerando o fenômeno da fragilização por hidrogênio, podemos afirmar, com EXCEÇÃO de: 
 
 
 
A susceptibilidade dos materiais a este fenômeno é variável. Para aços de altíssima resistência 
mecânica (1.600 MPa), o hidrogênio presente no ar atmosférico pode gerar significativa 
diminuição KIEAC. 
 
Como forma de minimizar o problema causado pelo hidrogênio, pode-se considerar a execução 
de tratamento térmico que promova a difusão do hidrogênio através da rede cristalina e sua 
consequente saída do material. 
 
 
O hidrogênio molecular H2, assim como hidrogênio atômico, H, provoca o que normalmente 
denominamos de "fratura por fragilização por hidrogênio". 
 
Este tipo de fragilização ocorre quando o hidrogênio atômico encontra-se inserido na rede 
cristalina do material. 
 
As ligas de estrutura atômica cúbica de face centrada (CFC) como os aços inoxidáveis 
austeníticos, as ligas de alumínio e as ligas de cobre possuem boa resistência a fragilização por 
hidrogênio. 
 
 
A susceptibilidade do material à fratura assistida pelo ambiente é verificada por ensaios com corpos lisos, 
submetidos a ambientes degradadores, que simulam o ambiente no qual o material será utilizado, como 
mostrado na figura a seguir. O ensaio registra o tempo em função da carga utilizada, determinando o tempo 
em que a fratura se manifestará no material naquelas condições. 
 
Com relação a esse ensaio, NÃO podemos afirmar: 
 
 
 
A mecânica da fratura linear elástica - MFLE e seus elementos, entre os quais o fator de 
intensidade de tensões (K), juntamente com as informações obtidas em ensaios (e interpretadas 
considerando suas limitações) não oferece ferramentas aos engenheiros projetistas na 
construção de estruturas que venham a trabalhar em meios agressivos. 
 
Um dos corpos de prova (em uma sequência de corpos de prova), por exemplo, pode apresentar 
grande resistência a nucleação, porém baixíssima resistência a propagação; no outro, poderemos 
ter uma inversão deste comportamento, ou seja, baixa resistência a nucleação e alta resistência 
a propagação de trinca. 
 
As técnicas utilizadas nos ensaios não permitem discriminar o tempo de nucleação e propagação 
de trincas, registrando apenas o tempo entre o início do ensaio e a fratura do material. 
 
Existem casos em que o material na forma de corpo de prova liso (sem entalhes ou defeitos 
superficiais) apresenta grande resistência à fratura sob as condições de ensaio, porém baixíssima 
resistência se há a presença de entalhes ou mesmo o surgimento de formas semelhantes a 
estes, como os pites de corrosão. 
 
Dois corpos de prova fabricados com o mesmo material submetidos às mesmas condições podem 
apresentam tempos complemente diferentes distribuídos entre os fenômenos de nucleação e 
propagação de trincas. 
 
 
 
 
 
Com relação ao fenômeno da "fadiga assistida pelo meio ambiente", NÃO podemos afirmar: 
 
 
 
A fadiga sob corrosão é uma rara ocorrência em peças metálicas que operam em ambientes de 
atmosfera salina. 
 
As formas de corrosão desempenham papel fundamental neste fenômeno, criando 
concentradores de tensão. 
 
A frequência dos esforços cíclicos influencia a fadiga sob corrosão, pois quanto menor a 
frequência, maior o tempo em que a trinca ficará submetida a esforços trativos e, portanto, 
aberta, sendo exposta a atmosfera oxidante. 
 
Formas de evitar a fadiga sob corrosão conjugam as formas vistas de se evitar o fenômeno da 
corrosão em conjunto com o fenômeno da fadiga. 
 
A corrosão por pites cria pequenos orifícios na superfície do material, fazendo o papel de 
pequenas trincas superficiais. 
 
 
Na seleção de materiais que envolvem esforços cíclicos, utilizamos: 
 
 
 
A expressão de Larson-Miller. 
 
 
A expressão da/dN. 
 
A tenacidade a fratura. 
 
A tenacidade a fratura crítica. 
 
Os gráficos de concentradores de tensão. 
 
 
Na seleção de materiais que envolvem tensão e temperatura, utilizamos: 
 
 
 
A expressão de Larson-Miller. 
 
A tenacidade a fratura. 
 
Os gráficos de concentradores de tensão. 
 
A expressão da/dN. 
 
A tenacidade a fratura crítica. 
 
Considere uma placa de alumínio de comprimento semi-infinito (muitas ordens de grandeza superior ao 
comprimento "a" da trinca), como mostra a figura a seguir. 
 
Considerando que o comprimento inicial da trinca é igual a 2 mm, calcule o número de ciclos para a trinca 
atingir o comprimento de 8mm. Considere também que a placa é submetida a uma tensão cíclica entre 10 
MPa e 70 MPa, que o expoente da Lei de Paris é 3 e que o valor de ∆K para da/dN = 10-9 m/ciclo é 3,0 MPa. 
OBS: Assuma que Y=1,1 e considere que o número de ciclos é dado por: 
 
 
 
 
 
70.000 ciclos aproximadamente. 
 
40.000 ciclos aproximadamente. 
 
60.000 ciclos aproximadamente. 
 
50.000 ciclos aproximadamente. 
 
 
80.000 ciclos aproximadamente. 
 
 
Uma peça quadrada de lado igual a 50mm,espessura igual a 20mm foi fabricada com aço SAE 1020. Para 
prendê-la a parede, foi feito um furo circular central de diâmetro igual a 10mm, pelo qual passará um 
parafuso, como na figura a seguir. 
 
Sabendo-se que a força a ser aplicada na mesma é igual a 100 kN, e que o limite de escoamento do aço é 
200MPa, determine a tensão máxima nos arredores do furo. 
 
 
 
150 MPa. 
 
 
313 MPa. 
 
300 MPa. 
 
250 MPa. 
 
100 MPa. 
 
 
 
 
 
 
 
Um aço inoxidável será utilizado na fabricação de uma peça que será submetida a tensão de 150MPa a 
temperatura de 900K. Com base nas informações fornecidas, determine aproximadamente a vida do 
componente até a ruptura. 
OBS: O parâmetro de Larson-Miller é fornecido pelo gráfico da figura a seguir. 
 
 
 
 
181 horas. 
 
 
191 horas. 
 
161 horas. 
 
171 horas. 
 
151 horas. 
 
 
Na seleção de materiais que envolvem propagação de trinca a partir de tensão crítica, utilizamos: 
 
 
 
A expressão da/dN. 
 
A expressão de Larson-Miller. 
 
 
A tenacidade a fratura crítica. 
 
Os gráficos de concentradores de tensão. 
 
A tenacidade a fratura.