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MET146 – Transformação Mecânica dos Metais 2008/2 Prof. Ricardo Domingues TENSÕES E DEFORMAÇÕES Dentro do binômio SOLICITAÇÃO RESPOSTA, analisaremos primeiramente as solicitações, que são descritas por meio de forças. TENSÃO EM UM PONTO A1 A2 O cilindro de área A1 está mais solicitado do que o de área A2. Assim, para descrever o nível de solicitação de um corpo, é necessário considerar a força aplicada e a área sobre a qual ela atua: Tensão média xP Prof. Ricardo Domingues * MET146 – Transformação Mecânica dos Metais 2008/2 Prof. Ricardo Domingues t s q n Exercício 1.1 (Ref. 3) xP x P DA x P Prof. Ricardo Domingues * MET146 – Transformação Mecânica dos Metais 2008/2 Prof. Ricardo Domingues VARIAÇÃO DA TENSÃO COM O PLANO DE CORTE A tensão no ponto P deverá ser avaliada para cada plano de corte. xP x P DA1 xP DA2 Prof. Ricardo Domingues * MET146 – Transformação Mecânica dos Metais 2008/2 Prof. Ricardo Domingues DA1 a a n DA s t P P Exercício 1.2 (Ref. 3) Exercícios 1.3, 1.4 e 1.5 (Ref. 3) Para um plano genérico, Exemplo 1.1 (Ref. 4) Prof. Ricardo Domingues * MET146 – Transformação Mecânica dos Metais 2008/2 Prof. Ricardo Domingues O desmembramento da tensão s1 nas duas tensões s(a) e t(a) é, de fato, uma transformação de coordenadas: Rigorosamente, tal transformação deveria ser feita com as forças, pois tensões não são grandezas vetoriais. Tendo isto em mente, é possível aceitar esta “licença”. Uma abordagem cientificamente mais rigorosa do estado de tensões em um ponto pode ser feita a partir da representação do ponto P por um corpo de pequenas dimensões dx, dy, dz, mantido em equilíbrio por forças tais como F1, F2 e F3: Cada uma dessas forças pode ser resolvida em componentes paralelas às três direções coordenadas, e se cada uma das nove componentes é dividida pela área em que atua, o estado total de tensões em P é descrito, então, pelas nove componentes de tensão: a x y y´ x´ dx dy dz x y z F1 F2 F3 Prof. Ricardo Domingues * MET146 – Transformação Mecânica dos Metais 2008/2 Prof. Ricardo Domingues Esta coleção de tensões é chamada de tensor de tensões, designado por sij . Em notação tensorial, é expresso por: Significado físico da notação de duplo subscrito: O subscrito i define a normal ao plano sobre o qual uma componente age, enquanto o subscrito j define a direção (x, y ou z) da componente; Uma combinação de i e j em que ambos são positivos ou ambos são negativos define uma componente positiva; Uma combinação de i e j em que um é positivo e o outro é negativo define uma componente negativa. x y z dx dy dz sxx sxy sxz szx szy szz syx syy syz Prof. Ricardo Domingues * MET146 – Transformação Mecânica dos Metais 2008/2 Prof. Ricardo Domingues No tensor de tensões, dois subscritos idênticos (xx) indicam uma tensão normal, enquanto dois diferentes (xy) indicam uma tensão cisalhante. Para simplificar, as tensões normais serão designadas com apenas um subscrito (si) e as cisalhantes como tij. Além disso, o equilíbrio implica na ausência de efeitos rotacionais em torno de qualquer eixo, de modo que tij = tji . Assim: Embora as componentes do tensor de tensões estejam perfeitamente definidas, alguns aspectos físicos do estado de tensões não se evidenciam a partir da equação do tensor. Em muitas situações reais, algumas componentes podem ser nulas. O exemplo mais óbvio é o do ensaio de tração. Mesmo no caso de estados de tensão mais genéricos, há um conjunto de eixos coordenados (1, 2, 3) para o qual as tensões cisalhantes desaparecem. As tensões normais s1, s2 e s3 , ao longo desses eixos, são chamadas tensões principais. Os valores das tensões principais são as três raízes da seguinte equação cúbica: onde: Exemplos 1.2 e 1.3 (Ref. 4) Prof. Ricardo Domingues * MET146 – Transformação Mecânica dos Metais 2008/2 Prof. Ricardo Domingues Como vimos na análise da tração pura, os planos em que as tensões cisalhantes se anulam são ortogonais entre si e, neles, a tensão normal é máxima ou mínima. Pode-se mostrar, também, que uma destas tensões normais é o maior valor de s agindo em P, uma outra dá o menor valor e a terceira é um valor intermediário. Os planos onde t = 0 recebem o nome de “Planos Principais” e as tensões s1, s2 e s3 recebem o nome de “Tensões Principais”. Por convenção, s1 ³ s2 ³ s3 . s > 0 tração s < 0 compressão. Os coeficientes I1, I2 e I3 independem do sistema de coordenadas escolhido e, por isso, são chamados de invariantes. Como resultado disso, as tensões principais para um dado estado de tensões são únicas (s1, s2, s3). Além de permitirem o cálculo das tensões principais, os invariantes ganharão importância no próximo capítulo, na previsão do início do escoamento. xP Planos principais s1 s3 s2 Prof. Ricardo Domingues * MET146 – Transformação Mecânica dos Metais 2008/2 Prof. Ricardo Domingues CÍRCULOS DE MOHR 2a A s t tmax D E t ½(s1-s2) 0 Exercício 1.6 (Ref. 3) Os ângulos a e 2a são contados sempre no mesmo sentido. 0 Exercícios 1.7 e 1.8 (Ref. 3) Se t é positivo, provoca “giro” no plano A em torno de O no sentido horário. a s t Plano genérico A s1 s1 Plano 1 s2 s2 Plano 2 Chapa carregada em seu plano s t s1 s2 Prof. Ricardo Domingues * MET146 – Transformação Mecânica dos Metais 2008/2 Prof. Ricardo Domingues CÍRCULOS DE MOHR PARA TRÊS DIMENSÕES plano1 plano3 plano2 s1 s3 tmax s2 plano1 plano2 plano3 É possível demonstrar que os valores de s e t para um plano com inclinação qualquer passando por P corresponderão sempre a pontos dentro da região sombreada do círculo de Mohr. x P A s t 0 s2 s2 s3 s3 s1 s1 Prof. Ricardo Domingues * MET146 – Transformação Mecânica dos Metais 2008/2 Prof. Ricardo Domingues s3 s3 s1 s1 s3 s3 s1 s1 Prof. Ricardo Domingues * MET146 – Transformação Mecânica dos Metais 2008/2 Prof. Ricardo Domingues s1 tmax s2 = s3 = TRAÇÃO PURA s t 0 s1 s1 Prof. Ricardo Domingues * MET146 – Transformação Mecânica dos Metais 2008/2 Prof. Ricardo Domingues s1 s3 = s2 tmax ESTADO PLANO DE TENSÕES s t 0 s2 s2 s1 s1 Prof. Ricardo Domingues * MET146 – Transformação Mecânica dos Metais 2008/2 Prof. Ricardo Domingues s1 s3 tmax s2 DIMINUIÇÃO DA TENSÃO DE CISALHAMENTO MÁXIMA s t 0 s2 s2 s1 s1 s3 s3 Prof. Ricardo Domingues * MET146 – Transformação Mecânica dos Metais 2008/2 Prof. Ricardo Domingues s1 tmax = 0 s2 = s3 = ESTADO HIDROSTÁTICO DE TENSÕES s t 0 s1 s1 s2 s2 s3 s3 Prof. Ricardo Domingues * MET146 – Transformação Mecânica dos Metais 2008/2 Prof. Ricardo Domingues s1 s3 tmax s2 AUMENTO DA TENSÃO DE CISALHAMENTO MÁXIMA Exercícios 1.9 e 1.10 (Ref. 3) Exemplo 1.5 (Ref. 4) s t 0 s2 s2 s1 s1 s3 s3 Prof. Ricardo Domingues * MET146 – Transformação Mecânica dos Metais 2008/2 Prof. Ricardo Domingues Analise cuidadosamente as três aplicações apresentadas no item 1.6 da Ref. 3 e proponha mais uma outra aplicação diferente. Descreva os estados de tensão correspondentes e desenhe os respectivos círculos de Mohr. Haverá um sorteio para apresentação da análise das aplicações e do resultado da aplicação proposta. Exercício Extra Prof. Ricardo Domingues * MET146 – Transformação Mecânica dos Metais 2008/2 Prof. Ricardo Domingues Deformação convencional A DEFORMAÇÃO LINEAR Agora, dentro do binômio SOLICITAÇÃO-RESPOSTA, analisaremos a resposta. lo Dl Dl 2Dl Ou, considerando incrementos infinitesimais de comprimento, por É mais preciso dizer que a deformação total é dada por Alongamento s1’ s1 Prof. Ricardo Domingues * MET146 – Transformação Mecânica dos Metais 2008/2 Prof. Ricardo Domingues Tomando o limiteda somatória, para infinitas etapas de alongamento, temos: Como , é óbvio que Dentre as muitas vantagens da deformação verdadeira, uma é que se podem somar os incrementos de deformação sofridos pelo corpo, obtendo-se no final a deformação total, o que não é verdade para o caso da deformação convencional. Essas vantagens ficarão evidenciadas após a resolução dos exercícios 1.11 da ref. 3 e dos exemplos 1.6 a 1.8 da ref. 4. A grandeza e é denominada deformação verdadeira ou logarítmica e seu valor é sempre menor que o de e, mas, para pequenas deformações, a diferença é pequena. Prof. Ricardo Domingues * MET146 – Transformação Mecânica dos Metais 2008/2 Prof. Ricardo Domingues A DEFORMAÇÃO POR CISALHAMENTO g = q1 + q2 q1 e q2 são positivos nos sentidos indicados. Para q1 e q2 pequenos, pode-se escrever: Para excluir o efeito de uma eventual rotação rígida (quando q1 q2), à qual não está associada uma deformação do corpo, deve-se tomar e considerar os ângulos e iguais a g/2. A B D C h2 h1 a b q2 q1 O A’ B’ C’ t t t t DA = DA’ DC = DC’ ADC A’DC’ ADA’ C’DC Prof. Ricardo Domingues * MET146 – Transformação Mecânica dos Metais 2008/2 Prof. Ricardo Domingues Na realidade, este valor da deformação angular refere-se ao plano x-y . Assim, sua notação correta seria gxy e as dos outros dois planos gxz e gyz . Tal como foi feito para o caso das tensões, quando as deformações são pequenas, elas também podem ser descritas por um tensor: Com grandes deformações, as distorções provocadas por um componente podem afetar outros componentes, o que pode fazer com que a análise de deformações pelo cálculo tensorial dê origem a erros. Outro ponto a se considerar é o fato de a deformação angular gxy ser resultante da ação de duas tensões cisalhantes txy e tyx. E, analogamente ao tensor de tensões, Então: Prof. Ricardo Domingues * MET146 – Transformação Mecânica dos Metais 2008/2 Prof. Ricardo Domingues VARIAÇÃO DA DEFORMAÇÃO COM A DIREÇÃO Prof. Ricardo Domingues * MET146 – Transformação Mecânica dos Metais 2008/2 Prof. Ricardo Domingues DEFORMAÇÕES PRINCIPAIS No estudo realizado com os quadrados desenhados nas folhas de borracha, verificamos que existem duas direções onde não ocorrem deformações por cisalhamento, mas somente deformações lineares. Há uma semelhança formal com o caso das tensões e aqui também pode-se mostrar, por meio de uma análise rigorosa do problema, que é sempre possível encontrar, para cada ponto de um corpo carregado, três direções mutuamente perpendiculares, para as quais as deformações angulares são nulas. Ainda em ana-logia com o caso de tensões, pode-se mostrar que as deformações lineares que ocorrem normalmente aos planos em questão correspondem a extremos, ou seja, uma delas (e1) é a maior de todas as deformações lineares, outra (e3) é a menor, e a terceira apresenta um valor intermediário. Podem ser construídos círculos de Mohr também para deformações: As deformações e1, e2 e e3 chamam-se “deformações principais” e são respecti-vamente colineares com s1, s2 e s3 para materiais isotrópicos. locam-se na abcissa as deformações lineares (e) e, na ordenada, a deformação por cisalhamento (g/2); assim, conhecidos os valores de e1, e2 e e3, é possível conhecer e e g/2 para qualquer plano com uma certa inclinação em relação aos planos onde agem e1, e2 e e3 . Prof. Ricardo Domingues * MET146 – Transformação Mecânica dos Metais 2008/2 Prof. Ricardo Domingues DEFORMAÇÃO VOLUMÉTRICA Vo = l1 l2 l3 l’1 = l1 (1+e1) l’2 = l2 (1+e2) l’3 = l3 (1+e3) Após a aplicação de s1, s2 e s3 , Vf = l1 l2 l3(1+e1)(1+e2)(1+e3) = = l1l2l3(1+e1+e2+e3+e1e2+e1e3+e2e3+e1e2e3) Se as deformações e1, e2 e e3 forem pequenas, pode-se escrever: Vf = l1 l2 l3 (1+e1+e2+e3) A deformação volumétrica é definida como . Assim, . Fim deste tópico s2 e2 s1 e1 s1 e1 s2 e2 s3 e3 s3 e3 l1 l2 l3 Prof. Ricardo Domingues * MET146 – Transformação Mecânica dos Metais 2008/2 Prof. Ricardo Domingues Exercício 1.1 x P t s q n Em P age uma força = 1500 kgf, aplicada uniformemente em uma área de 2 cm2, contida num plano cuja normal faz um ângulo q = 30° com a força. Calcule s e t. Prof. Ricardo Domingues * MET146 – Transformação Mecânica dos Metais 2008/2 Prof. Ricardo Domingues Exercício 1.2 Demonstrar que a d/cos a = eixo maior da elipse de área DA (o eixo menor é d) d = diâmetro do círculo de área DA1 DA1 a a n DA s t P P c.q.d. Prof. Ricardo Domingues * MET146 – Transformação Mecânica dos Metais 2008/2 Prof. Ricardo Domingues Exemplo 1.1 (adaptado da página 5 da Ref. 4) Considere a figura do exercício 1.2. Se uma força de 50kN age como mostrado e o diâmetro da barra é 5cm, determine os valores das tensões normal e cisalhante que agem num plano cuja normal faça um ângulo de 30o com a direção de aplicação da força. Prof. Ricardo Domingues * MET146 – Transformação Mecânica dos Metais 2008/2 Prof. Ricardo Domingues Exercício 1.3 Traciono um cilindro de área da seção transversal unitária e seção circular. A força aplicada é 20.000 kgf. Calcular s e t em planos que fazem ângulo de 10° a 90° (de 10 em 10°) com a seção transversal do cilindro. Exercício 1.4 Considerando um sistema de eixos cartesianos s, t (s na abcissa e t na ordenada), usando a mesma escala para s e t nos dois eixos, fazer uma curva de t ´ s para os pontos do exercício 1.3; completar o exercício para ângulos a até 180°. Prof. Ricardo Domingues * Gráf2 20000 19396.9262078591 17660.4444311898 15000 11736.4817766693 8263.5182233307 5000 2339.5555688102 603.0737921409 0 603.0737921409 2339.5555688102 5000 8263.5182233307 11736.4817766693 15000 17660.4444311898 19396.9262078591 20000 19396.9262078591 17660.4444311898 15000 11736.4817766693 8263.5182233307 5000 2339.5555688102 603.0737921409 0 603.0737921409 2339.5555688102 5000 8263.5182233307 11736.4817766693 15000 17660.4444311898 19396.9262078591 20000 sigma tau 0 3420.2014332567 6427.8760968654 8660.2540378444 9848.0775301221 9848.0775301221 8660.2540378444 6427.8760968654 3420.2014332567 0 -3420.2014332567 -6427.8760968654 -8660.2540378444 -9848.0775301221 -9848.0775301221 -8660.2540378444 -6427.8760968654 -3420.2014332567 -0 3420.2014332567 6427.8760968654 8660.2540378444 9848.0775301221 9848.0775301221 8660.2540378444 6427.8760968654 3420.2014332567 0 -3420.2014332567 -6427.8760968654 -8660.2540378444 -9848.0775301221 -9848.0775301221 -8660.2540378444 -6427.8760968654 -3420.2014332567 -0 Plan1 graus radianos sigma tau 0 0 20000 0 10 0.1745329252 19396.9262078591 3420.2014332567 20 0.3490658504 17660.4444311898 6427.8760968654 30 0.5235987756 15000 8660.2540378444 40 0.6981317008 11736.4817766693 9848.0775301221 50 0.872664626 8263.5182233307 9848.0775301221 60 1.0471975512 5000 8660.2540378444 70 1.2217304764 2339.5555688102 6427.8760968654 80 1.3962634016 603.0737921409 3420.2014332567 90 1.5707963268 0 0 100 1.745329252 603.0737921409 -3420.2014332567 110 1.9198621772 2339.5555688102 -6427.8760968654 120 2.0943951024 5000 -8660.2540378444 130 2.2689280276 8263.5182233307 -9848.0775301221 140 2.4434609528 11736.4817766693 -9848.0775301221 150 2.617993878 15000 -8660.2540378444 160 2.7925268032 17660.4444311898 -6427.8760968654 170 2.9670597284 19396.9262078591 -3420.2014332567 180 3.1415926536 20000 -0 190 3.3161255788 19396.9262078591 3420.2014332567 200 3.490658504 17660.4444311898 6427.8760968654 2103.6651914292 15000 8660.2540378444 220 3.8397243544 11736.4817766693 9848.0775301221 230 4.0142572796 8263.5182233307 9848.0775301221 240 4.1887902048 5000 8660.2540378444 250 4.36332313 2339.5555688102 6427.8760968654 260 4.5378560552 603.0737921409 3420.2014332567 270 4.7123889804 0 0 280 4.8869219056 603.0737921409 -3420.2014332567 290 5.0614548308 2339.5555688102 -6427.8760968654 300 5.235987756 5000 -8660.2540378444 310 5.4105206812 8263.5182233307 -9848.0775301221 320 5.5850536064 11736.4817766693 -9848.0775301221 330 5.7595865316 15000 -8660.2540378444 340 5.9341194568 17660.4444311898 -6427.8760968654 350 6.108652382 19396.9262078591 -3420.2014332567 360 6.2831853072 20000 -0 Plan1 sigma tau Plan2 Plan3 Plan1 graus radianos sigma tau 0 0 20000 0 10 0.1745329252 19396.9262078591 3420.2014332567 20 0.3490658504 17660.4444311898 6427.8760968654 30 0.5235987756 15000 8660.2540378444 40 0.6981317008 11736.4817766693 9848.0775301221 45 0.7853981634 10000 10000 50 0.872664626 8263.5182233307 9848.0775301221 60 1.0471975512 5000 8660.2540378444 70 1.2217304764 2339.5555688102 6427.8760968654 80 1.3962634016 603.0737921409 3420.2014332567 90 1.5707963268 0 0 100 1.745329252 603.0737921409 -3420.2014332567 110 1.9198621772 2339.5555688102 -6427.8760968654 120 2.0943951024 5000 -8660.2540378444 130 2.2689280276 8263.5182233307 -9848.0775301221 140 2.4434609528 11736.4817766693 -9848.0775301221 150 2.617993878 15000 -8660.2540378444 160 2.7925268032 17660.4444311898 -6427.8760968654 170 2.9670597284 19396.9262078591 -3420.2014332567 180 3.1415926536 20000 -0 190 3.3161255788 19396.9262078591 3420.2014332567 200 3.490658504 17660.4444311898 6427.8760968654 210 3.6651914292 15000 8660.2540378444 220 3.8397243544 11736.4817766693 9848.0775301221 230 4.0142572796 8263.5182233307 9848.0775301221 240 4.1887902048 5000 8660.2540378444 250 4.36332313 2339.5555688102 6427.8760968654 260 4.5378560552 603.0737921409 3420.2014332567 270 4.7123889804 0 0 280 4.8869219056 603.0737921409 -3420.2014332567 290 5.0614548308 2339.5555688102 -6427.8760968654 300 5.235987756 5000 -8660.2540378444 310 5.4105206812 8263.5182233307 -9848.0775301221 320 5.5850536064 11736.4817766693 -9848.0775301221 330 5.7595865316 15000 -8660.2540378444 340 5.9341194568 17660.4444311898 -6427.8760968654 350 6.108652382 19396.9262078591 -3420.2014332567 360 6.2831853072 20000 -0 Plan1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 sigma tau 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Plan2 Plan3 MET146 – Transformação Mecânica dos Metais 2008/2 Prof. Ricardo Domingues Exercício 1.5 Considerando o desenho ao lado, mostrar que as coordenadas do ponto P são dadas pelas equações: s t s1 2a P s t Prof. Ricardo Domingues * MET146 – Transformação Mecânica dos Metais 2008/2 Prof. Ricardo Domingues Exemplo 1.2 (Ref. 4) Considere um estado de tensões em que sx = 10, sy = 5 e txy = 3, todos em ksi, e sz = txz = tyz = 0 . Calcule as magnitudes das tensões principais no plano x-y . As raízes desta equação quadrática fornecem s1 = 11,4 ksi e s2 = 3,6 ksi Prof. Ricardo Domingues * MET146 – Transformação Mecânica dos Metais 2008/2 Prof. Ricardo Domingues Exemplo 1.3 (Ref. 4) Repita o exemplo 1.2 mantendo todas as tensões iguais, exceto quanto a sz = 8, em vez de zero. Como sz = 8 é uma tensão principal, pois as tensões cisalhantes no plano normal à direção z são nulas, uma das raízes da equação cúbica é conhecida. A equação quadrática referente a este polinômio é idêntica à do exemplo 1.2 . Assim, as duas tensões principais restantes são novamente 11,4 e 3,6 ksi. Este exemplo mostra que quando z é uma direção principal (não importando se sz é zero, de tração, ou de compressão), as tensões principais restantes são independentes de sz . Basta, então, dividir o polinômio cúbico por sp – 8 e encontrar . Prof. Ricardo Domingues * MET146 – Transformação Mecânica dos Metais 2008/2 Prof. Ricardo Domingues Exercício 1.6 A partir do equilíbrio do triângulo, demonstrar que e que A B C s1 s2 s t a Prof. Ricardo Domingues * MET146 – Transformação Mecânica dos Metais 2008/2 Prof. Ricardo Domingues Exercício 1.7 Dado um quadrado onde agem s1 = 20 kgf/mm2 e s2 = 4 kgf/mm2, calcular s e t em planos cujas normais fazem 30°, 45° e 80° com a direção de s1. Exercício 1.8 Para o estado de tensões ao lado, calcular s1, s2, tmax e o ângulo que o plano onde atua s1 faz com Ox, empregando círculos de Mohr. Dados: sx = 1.000 psi sy = 4.000 psi t = 2.000 psi sx sy 0 x y t t Prof. Ricardo Domingues * Plan1 alfa radianos sigma tau 30 0.5235987756 16 6.9282032303 45 0.7853981634 12 8 80 1.3962634016 4.4824590337 2.7361611466 sigma 1 20kgf/mm2 sigma 2 4kgf/mm2 Plan2 Plan3 ( ) ( ) a - + + = 2 cos σ σ 2 1 σ σ 2 1 σ 2 1 2 1 2cosσσ 2 1 σσ 2 1 σ 2121 ( ) a - = 2 sen σ σ 2 1 τ 2 1 2senσσ 2 1 τ 21 MBD000A961F.unknown MBD000A9621.unknown MET146 – Transformação Mecânica dos Metais 2008/2 Prof. Ricardo Domingues s1 s2 tmax x y 2a a = 116,57° s1 = 5000 psi s2 = 0 tmax = 2500 psi 4000 1000 s t -2000 2000 Prof. Ricardo Domingues * MET146 – Transformação Mecânica dos Metais 2008/2 Prof. Ricardo Domingues Exercício 1.9 Calcule tmax para os estados de tensão a seguir: a) s1 = 10.000 psi ; s2 = 4.000 psi ; s3 = 1.000 psi b) s1 = 10 kgf/mm2 ; s2 = 2 kgf/mm2 ; s3 = -8 kgf/mm2 c) s1 = -80 MPa ; s2 = -150 MPa ; s3 = -200 MPa Prof. Ricardo Domingues * MET146 – Transformação Mecânica dos Metais 2008/2 Prof. Ricardo Domingues Exercício 1.10 b) s3 = -60 psi c) s1 = 10 kgf/mm2 s2 = -10 kgf/mm2 s3 = -50 kgf/mm2 a) s1 = 20 Mpa s3 = -60 MPa Para cada caso a seguir, desenhe círculos de Mohr e determine tmax e s no plano onde atua tmax (tensões não fornecidas são nulas) s = -20 MPa tmax = 40 Mpa s = -30 psi tmax = 30 psi s = -20 kgf/mm2 tmax = 30 kgf/mm2 s t tmax s t tmax tmax t s s1 s3 s2 s1 s3 s2 s1 s3 s2 Prof. Ricardo Domingues * MET146 – Transformação Mecânica dos Metais 2008/2 Prof. Ricardo Domingues Exemplo 1.5 (ref. 4) Para o estado de tensões do exemplo 1.2, determine as tensões prin-cipais e a tensão de cisalhamento máxima, por meio da construção em escala de círculos de Mohr para três dimensões. s1 = 11,4 sz = 0 tmax = 5,7 y x sx = 10 ksi sy = 5 ksi txy = 3 ksi sz = 0 txz = tyz = 0 s2 = 3,6 s3 = 0 s t -3 3 5 10 sz = 0 é uma tensão principal Prof. Ricardo Domingues * MET146 – Transformação Mecânica dos Metais 2008/2 Prof. Ricardo Domingues Exercício 1.11 Um arame de comprimento inicial 200,0 mm é estirado de 20 mm; após esta operação, sofre outro estiramento adicional de 50 mm, obtendo-se um valor total de 70 mm. Calcular e e e para cada etapa de deformação, a sua soma, e comparar esta soma com os valores obtidos para a deformação total. Exercício 1.12 Considerando um pequeno quadrado em torno do ponto P, com um de seus lados inicialmente na horizontal, desenhar sua forma final após as seguintes deformações angulares: a) q1 = 0,1 ; q2 = 0,1 c) q1 = 0,1 ; q2 = -0,1 b) q1 = 0,2 ; q2 = 0 d) q1 = -0,1 ; q2 = -0,1 Calcular g em cada caso, comparando seuvalor com as formas finais encontradas. Prof. Ricardo Domingues * MET146 – Transformação Mecânica dos Metais 2008/2 Prof. Ricardo Domingues Exercício 1.13 Quando o volume de um corpo não é alterado pela deformação, tal deformação é dita plástica e tem-se D = 0 ; para este caso, já se de-monstrou que e1 + e2 + e3 ≈ 0 (válido para deformações pequenas). Provar que, para deformação plástica, e1 + e2 + e3 é sempre nulo. Exemplo 1.6 (ref. 4) Uma barra de comprimento lo é esticada uniformemente até que seu comprimento se torne l = 2 lo . Calcule os valores da defor-mação convencional e da deformação verdadeira para este caso. Até qual comprimento final, l , uma barra de comprimento inicial lo precisa ser comprimida (sem atrito) para que as deformações sejam as mesmas do item (a)? (exceto pelo sinal, evidentemente). Prof. Ricardo Domingues * MET146 – Transformação Mecânica dos Metais 2008/2 Prof. Ricardo Domingues Exemplo 1.7 (adaptado da ref. 4) Uma barra de 250 mm de comprimento inicial é alongada até um comprimento de 500 mm por laminação em três estágios: estágio 1: 250 mm aumentaram para 300 mm estágio 2: 300 mm aumentaram para 375 mm estágio 3: 375 mm aumentaram para 500 mm a) Calcule a deformação convencional total e compare-a com a soma das deformações convencionais de cada estágio. b) Repita o mesmo cálculo com deformações verdadeiras. Exemplo 1.8 (adaptado da ref. 4) Um bloco de dimensões iniciais lo, wo, to é deformado até as novas dimensões l, w, t . a) Expresse a deformação volumétrica verdadeira (ou logarítmica), ln(v/vo) em termos das deformações verdadeiras dos lados do bloco. b) Repita o raciocínio feito no item 1.11 da ref. 3 , substituindo a definição de deformação volumétrica convencional (D) pela verda-deira (ou logarítmica). Compare com o obtido no exercício 1.13. Prof. Ricardo Domingues * A F T r r = 5 F r 1 F r 2 F r 3 F r 6 F r 7 F r 4 F r F r F r A F D q D = cos r s A F D q D = t sen r A F T D D = r r F r D 2 2 A F T D D = r r 1 1 A F T D D = r r F r D 1 1 1 T A F T = D D = r r \ D D = 1 1 A F T r r 0 τ , A F σ , 0 α Para 1 1 1 = D D = = r α cos A A , A F T 1 D = D D D = r r α cos A F cos α A α cos F A α cos F σ 2 1 1 D D = D D = D D = r r r ( ) a + = = 2 cos 1 2 σ α cos σ σ 1 2 1 α cos α sen A F cos α A sen α F A sen α F τ 1 1 D D = D D = D D = r r r a = = 2 sen 2 σ α cos α sen σ τ 1 1 0 τ , 0 α , σ A F 1 1 1 = = = D D r F r D zz yz xz zy yy xy zx yx xx ij s s s s s s s s s s = z yz xz yz y xy xz xy x ij s t t t s t t t s s = 0 3 2 2 1 3 = - - - I I I p p p s s s 2 2 2 3 2 2 2 2 1 2 xy z zx y yz x zx yz xy z y x x z z y y x xz yz xy z y x I I I t s t s t s t t t s s s s s s s s s t t t s s s - - - + = - - - + + = + + = ( ) sen2 α σ σ 2 1 2 1 - = ( ) cos2 α σ σ 2 1 2 1 - ( ) ( ) a - + + = 2 cos σ σ 2 1 σ σ 2 1 σ 2 1 2 1 ( ) a - = 2 sen σ σ 2 1 τ 2 1 ( ) 2 1 σ σ 2 1 + 2 3 1 max s - s = t 2 3 1 s - s = t 2 1 s = t 2 3 s = t o e l l D = % 100 e o ´ D = l l o 2 e l l D = ' l l l l l D + D + D o o å = = @ - + × × × + + + + + f o f o o o 2 l l l l l l l l l l l l l l l l l d d d d d d d d ò = = e f o o f l l l l l l ln d ( ) e 1 + = e ln 2 1 2 1 tg θ tg θ h b h a γ + = + = 2 θ θ 2 γ 2 1 + = zz yz xz zy yy xy zx yx xx ij e e e e e e e e e e = z y x ij e e e e yz xz yz xy xz xy 2 γ 2 γ 2 γ 2 γ 2 γ 2 γ = 2 γ xy yx xy e e = = o o f V V V Δ - = 3 2 1 e e e Δ + + = 2 cm 2 0 cos . kgf 1500 ° 3 = 2 cm kgf 650 @ 2 cm 2 0 sen . kgf 1500 ° 3 = 2 cm kgf 375 = F r D α cos A A 1 D = D 4 α cos d d. π A = D 4 d π A 2 1 = D α cos 1 4 d π 4 α cos d d. π A A 2 1 = = D D \ α cos A A 1 D = D \ α cos A F cos α A α cos F A α cos F σ 2 1 1 D D = D D = D D = r r r ( ) MPa m kN 1 , 19 30 cos 05 , 0 50 4 2 2 = × × ´ = o p ( ) MPa m kN 0 , 11 30 cos 30 sen 05 , 0 50 4 2 = × × × ´ = o o p -15000 -10000 -5000 0 5000 10000 15000 0500010000150002000025000 sigma tau grausradianossigmatau 00200000 100,17453319396,933420,201 200,34906617660,446427,876 300,523599150008660,254 400,69813211736,489848,078 450,7853981000010000 500,8726658263,5189848,078 601,04719850008660,254 701,221732339,5566427,876 801,396263603,07383420,201 901,57079600 0 0 0 0 0 0 2 41 0 0 50 0 0 9 15 0 5 10 2 2 2 3 2 2 2 2 1 = - - - + = - - - + = - = - - - + + = - - - + + = = + + = + + = xy z zx y yz x zx yz xy z y x x z z y y x xz yz xy z y x I I I t s t s t s t t t s s s s s s s s s t t t s s s 0 41 15 0 41 15 0 2 2 3 3 2 2 1 3 = + - Þ = + - Þ = - - - p p p p p p p p I I I s s s s s s s s 328 72 0 0 0 400 2 161 80 40 50 0 0 9 23 8 5 10 2 2 2 3 2 2 2 2 1 = - - - + = - - - + = - = - - - + + = - - - + + = = + + = + + = xy z zx y yz x zx yz xy z y x x z z y y x xz yz xy z y x I I I t s t s t s t t t s s s s s s s s s t t t s s s 0 328 161 23 0 2 3 3 2 2 1 3 = - + - Þ = - - - p p p p p p I I I s s s s s s 41 15 2 + - p p s s alfaradianossigmatau 300,523599166,928203 450,785398128 801,3962634,4824592,736161 ÷ ø ö ç è æ + ° = a 1500 2000 180 2 arctg psi 500 . 4 2 000 . 1 000 . 10 2 3 1 max = - = s - s = t ( ) 2 3 1 max kgf/mm 9 2 8 10 2 = - - = s - s = t ( ) MPa 60 2 200 80 2 3 1 max = - - - = s - s = t
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