Ensaio de Tração - Exercícios

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Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Espírito Santo
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Lista de Exercício: Ensaios Mecânicos: Prof. João Batista
Entregar no dia da prova. A resolução desta lista será uma questão da prova.
1) Defina os itens abaixo relativos ao ensaio de tração, e apresente um desenho representativo para cada resposta e equação matemática quando tiver:
	a) Deformação Elástica e Plástica
b) Tensão e Deformação Verdadeira
c) Tensão e Deformação Convencional
d) Tensão Limite de Resistência
e) Tensão Limite de Escoamento Inferior e Superior
f) Alongamento Uniforme e Total
g) Redução de Área 
h) Patamar de Escoamento
i) Estricção 
j) Tensão de Fratura
	k) Expoente de Encruamento (n)
l) Coeficiente de Resistência (k)
m) Resiliência e Módulo de Resiliência
n) Tenacidade
o) Anisotropia plástica normal (R) e planar (ΔR)
p) Corpo de Prova (CP)
q) Comprimento Inicial e Final no CP
r) Área Inicial e Final do CP 
2) Em que condição se determina a Tensão Limite de Escoamento a 0,2% de deformação? Justifique a resposta. 
3) Quais os procedimentos iniciais e finais que devemos realizar no ensaio de tração?
4) Porque não podemos usar força e deslocamento para caracterizar os materiais?
5) Em que condição a Lei de Hooke é valida no ensaio de tração?
6) Qual defeito o patamar de escoamento causa durante a estampagem de um aço?
7) Quais os fatores que afetam o Módulo de Elasticidade dos metais?
8) Qual a relação entre a deformação uniforme plástica e o expoente de encruamento nos metais dúcteis?
9) Onde podemos aplicar o conceito de resiliência e tenacidade?
10) Porque ocorre orelhamento durante a estampagem de um copo metálico?
11) Qual material você escolheria para fabricar uma porta de carro? Justifique a resposta com base em anisotropia plástica.
	Material
	LE (MPa)
	LR (MPa)
	Alt (%)
	Rm
	∆R
	C
	200
	300
	42
	0,9
	0,35
	D
	150
	290
	55
	2,5
	0,0002
	F
	200
	300
	25
	1,5
	0,0003
12) O que é envelhecimento por deformação?
13) O que é endurecimento por deformação?
14) Explique a diferença entre estampagem e estiramento.
15) Esquematize as curvas tensão versus deformação real e convencional para os casos indicados a seguir:
a) Metal dúctil que apresenta escoamento plástico nítido.
b) Metal 100% encruado.
c) Metal com tensão de encruamento aproximadamente igual à tensão limite de resistência.
15) Como se determina matematicamente os valores de “k” e “n” da equação de Hollomon
16) Calcule a deformação sofrida por um corpo de prova com comprimento inicial de 15 cm, que após um ensaio de tração passou a apresentar 16 cm de comprimento. Expresse a resposta de forma percentual.
17) Sabendo que a tensão de um corpo é igual a 12 N/mm2, a quanto corresponde essa tensão em kgf/mm2? (Consulte o quadro de conversões, se necessário).
18) Qual a tensão, em MPa, sofrida por um corpo com 35 mm2 que está sob efeito de uma força de 200 kgf? (Consulte o quadro de conversões, se necessário).
19) Supondo que a deformação é totalmente elástica, calcule o alongamento sofrido por uma barra de cobre de 305 mm de comprimento quando submetida a uma tensão de 276 MPa. Dado: Módulo de elasticidade do Cu é 110 GPa.
20) Os dados a seguir foram coletados em um corpo de prova padronizado, com 1,283cm de diâmetro, referente a uma liga de cobre (comprimento inicial ℓo = 5,08cm):
	Ponto
	Carga (N)
	∆ℓ (cm)
	0
	0
	0,00
	1
	13.345
	0,00424
	2
	26.680
	0,00846
	3
	33.362
	0,01059
	4
	40.034
	0,02286
	5
	46.706
	0,1016
	6
	53.379
	0,66
	7
	55.158
	1,27 (carga máxima)
	8
	50.170
	2,59 (fratura)
Depois da fratura, o comprimento total era de 7,655cm, com um diâmetro de 0,950cm. Construa o gráfico tensão-deformação e calcule o limite convencional de escoamento de 0,2%, juntamente com:
a) a tensão limite de resistência;
b) o módulo de elasticidade;
c) o alongamento percentual;
d) a redução percentual de área;
e) a tensão de engenharia na fratura;
f) a tensão verdadeira na fratura; e 
g) o módulo de resiliência.
21) Os dados a seguir foram coletados em um teste padronizado, utilizando um espécime de policloreto de vinila com 1,016cm de diâmetro e comprimento inicial ℓo = 5,08cm:
	Ponto
	Carga (N)
	∆ℓ (cm)
	0
	0
	0,00
	1
	1.335
	0,01895
	2
	2.670
	0,03800
	3
	4.005
	0,06030
	4
	5.340
	0,08128
	5
	6.672
	0,11684
	6
	7.384
	0,1778 (carga máxima)
	7
	7.117
	0,23876
	8
	6.316
	0,30480 (fratura)
Após a fratura, o comprimento total era de 5,31cm, com um diâmetro de 0,998cm. Trace a curva tensão deformação e calcule:
a) a tensão limite de escoamento convencional a 0,2%;
b) a tensão limite de resistência à tração;
c) o módulo de elasticidade;
d) o alongamento percentual;
e) a redução percentual de área;
f) a tensão de engenharia na fratura; 
g) a tensão verdadeira na fratura; e 
h) o módulo de resiliência.
22) Os dados a seguir foram obtidos de um corpo de prova de magnésio com 12mm de diâmetro e comprimento inicial ℓo = 30,0mm:
	Ponto
	Carga (N)
	∆ℓ (cm)
	0
	0
	0,00
	1
	22.241
	0,0296
	2
	44.482
	0,0592
	3
	66.723
	0,0888
	4
	88.964
	0,15
	5
	111.205
	0,51
	6
	117.878
	0,90
	7
	120.102
	1,50 (carga máxima)
	8
	117.878
	2,10
	9
	111.205
	2,79 (fratura)
Após a fratura, o comprimento total era de 32,61mm, com um diâmetro de 11,74mm. Trace a curva tensão-deformação e calcule:
a) a tensão limite de escoamento convencional a 0,2%;
b) a tensão limite de resistência à tração;
c) o módulo de elasticidade;
d) o alongamento percentual;
e) a redução de área;
f) a tensão de engenharia na fratura;
g) a tensão verdadeira na fratura; e 
h) o módulo de resiliência.
23) Os dados a seguir referem-se ao ensaio de um corpo de prova padronizado com 20mm de diâmetro e ℓo = 40,0mm, fabricado em ferro fundido nodular:
	Ponto
	Carga (N)
	∆ℓ (cm)
	0
	0
	0,00
	1
	111.205
	0,0185
	2
	222.410
	0,0370
	3
	333.617
	0,0555
	4
	400.340
	0,20
	5
	467.063
	0,60
	6
	533.787
	1,56
	7
	528.717
	4,00 (carga máxima)
	8
	556.028
	7,52 (fratura)
Após a fratura, o comprimento total era de 47,42mm, com um diâmetro de 18,35mm. Trace a curva tensão deformação convencional e calcule:
a) a tensão limite de escoamento convencional a 0,2%;
b) a tensão limite de resistência à tração;
c) o módulo de elasticidade;
d) o alongamento percentual;
e) a redução de área;
f) a tensão de engenharia na fratura;
g) a tensão verdadeira na fratura; e 
h) o módulo de resiliência.
24) Com base na curva tensão x deformação do latão mostrada abaixo, responda:
a) Qual o valor do módulo de elasticidade deste material?
b) Módulo de elasticidade seria o mesmo para este mesmo material, porém com alto grau de encruamento?
c) Qual o limite de elasticidade para uma deformação residual de 0,002?
d) Qual a carga máxima, em N, que pode ser suportada pela amostra cilíndrica de diâmetro de original de 12,8 mm
e) Qual o valor da tensão convencional de ruptura?
f) A tensão verdadeira de ruptura será maior ou menor que o valor calculado na letra e? Explique.
g) Indique como a resiliência e a tenacidade pode ser obtida a partir da curva tensão x deformação.
h) Como variam o módulo de elasticidade e a ductilidade com o aumento da temperatura?
25) Uma amostra cilíndrica de aço tem diâmetro original de 12,8 mm e é ensaiada até romper. A tensão de ruptura observada foi de 460MPa. 
a- Determine a ductilidade em termos de redução de área (estricção) sabendo que o diâmetro de ruptura é 10,7 mm.
b- Determine a tensão verdadeira na ruptura.
26) a)Calcule o módulo de resiliência (Ur = σ /2E) dos materiais abaixo e indique qual você indicaria para aplicação de uma mola para absorver maior quantidade de energia elástica. b) Esboce em um mesmo gráfico as curvas “σ x e” dois materiais.
	Material
	LE (MPa)
	LR (MPa)
	Along. Total (%)
	E (GPa)
	Ur
	A
	400
	420
	5
	210
	
	B
	350
	420
	15
	70
	
27) Com base nos gráficos abaixo nomeie e defina os itens a, b, c, d, e, f , g.
28) (Valor 18% - sendo 1% para cada resposta) - Um técnico de laboratório realizou um ensaio de tração num corpo de prova de um açotipo ASTM A570 grau 40. Complete a tabela abaixo:
	Aço: ASTM A570 grau 40
	Área da Secção Reta =
	
	mm2
	Módulo de Elasticidade = 210 GPa
	Comprimento Final =
	
	mm
	Base de Medida = 50 mm
	Área Final =
	
	mm2
	Espessura = 1,95 mm
	Módulo de Resiliência =
	
	MPa
	Largura = 12,33 mm
	Deformação na carga máxima =
	
	%
	Redução de área = 68%
	O material não apresentou patamar de escoamento.
	F - força (N)
	Δl - deslocamento (mm)
	σ - tensão convencional (MPa)
	e- deformação convencional (%)
	σ v - tensão verdadeira (MPa)
	ε - deformação verdadeira (adimensional)
	OBS
	
	
	243
	
	
	
	Início da deformação plástica
	
	14, 378
	355
	
	
	
	Carga máxima
	2560,25
	
	
	40
	
	
	Fratura do corpo de prova
	Formulas
	Tabela de conversões:
	
(
)
(
)
E
LE
Ur
ei
i
ei
i
vi
lo
li
ei
Ao
Fi
i
Ao
Af
Ao
RA
e
E
2
1
ln
1
.
.
s
e
s
s
s
s
=
+
=
+
=
D
=
=
-
=
=
	
a
b
c
d
e
f
g
_1277798882.unknown