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ED 1 Como a tensão de escoamento é desconhecida, é preciso descobrir a tensão que causa a ruina na viga engastada. Essa tensão é causada por um momento (My) de 80*5=400 kNm. Na barra bi apoiada com uma força F no meio do vão, o momento máximo será: M=0,5*F*2,5=1,25F kNm. Igualando as tensões e eliminando a cota ‘z’ e o momento central de inercia ‘Iy’, já que a seção da barra é a mesma, e fica somente que: My (barra bi apoiada) =My (barra engastada), portanto o valor da força F é de 128 kN. Alternativa B ED 2 O maior momento aplicado na barra é 4000F Nmm e a tensão de escoamento do material é de 100 N/mm², calculando o momento central de inercia ‘Iy’ é igual a 4,5*10^8 mm4. Substituindo os valores na equação da tensão menor ou igual a tensão admissível, encontramos que F tem que ser menor ou igual a 75 kN, logo a maior força a ser aplicada é 75 kN. Alternativa D ED 3 Cálculo das reações: HA=0 VA=5,5 tf (p/ cima) VB=0,5 tf (p/ baixo) -Momento que chega na seção pedida: [Da direita para a esquerda] M=3*2=6 tf*m TB Esse M encontrado é My. Não tem tensão normal (N) e nem Mz. -Equação da linha neutra Sem N e Mz, a equação fica: (My/Iy)*z=0 Como My/Iy é diferente de 0, z=0. A LN passa pela origem e é normal a Z. Transformando as unidades Iy=13640 cm^4 = 1,364*10^(-4) m^4 Zd=26-9,8 cm = 16,2 cm = +0,162 m [positivo por que está na área tracionada] Finalmente: tensão=(My/Iy)*z[do ponto A] tensão=(6/1,364*10^(-4))*(+0,162) tensão=+7126,1 tf/m² Ajustando a unidade com as das respostas: +7126,1 tf/m² = +712,61 kgf/cm² Alternativa C ED 4 As forças que atuam na seção são: N=-10P N e My=3000P Nmm TC O cg da figura em Y vale 138,08 mm, e o momento central de inercia Iy vale 40,71*106. Calculando o Pmáx para a tração encontramos que Pmáx= 16676 N Calculando o Pmáx para a compressão encontramos que Pmáx= 8975 N Observação: Se calcularmos o Pmáx sem a compressão de 10P, encontramos os seguintes valores, Pmáx(tração)=13158 N e Pmáx(compressão)=9823 N. E 9823 N é o valor que mais se aproxima de 9,7 kN. Alternativa B ED 5 As forças que atuam na seção são: N=-10P N e My=3000P Nmm TC O cg da figura em Y vale 138,08 mm, e o momento central de inercia Iy vale 40,71*106. Calculando o Pmáx para a tração encontramos que Pmáx= 41690 N Calculando o Pmáx para a compressão encontramos que Pmáx= 22438 N Observação: Se calcularmos o Pmáx sem a compressão de 10P, encontramos os seguintes valores, Pmáx(tração)=32895 N e Pmáx(compressão)=24558 N. Nenhum dos valores encontrados correspondem com as alternativas. Sem Alternativa ED 6 O ângulo formado pela força e pelo eixo y é igual a 53,67°, decompondo a força inclinada: Horizontal=10*cos(53,67) =5,92 kN Vertical=10*sem(53,67) =8,06 kN My=8,06*1000=8060 kNmm TC Mz=5,92*1000=5920 kNmm TD Iy=3,013*108 Iz=5,228*107 O ponto de extrema tração vale(125,170) mm Portanto o valor da tensão extrema de tração que irá ocorrer nesta barra é de 18,7 mPa. Alternativa D ED 7 O valor de Iy de uma cantoneira vale 37*106, a junção de duas cantoneiras não altera o valor do CG da figura em y, portanto o no valor de Iy é duas vezes o Iy da cantoneira, que será igual a 74*106. Os valores de Z extremos são: Z(cima)=40 e Z(baixo)=163. Os módulos de resistência da seção formada, com relação ao eixo y são: Wcima= 1850*10³ mm³ Wbaixo= 454*10³ mm³ Alternativa A ED 8 Utilizando os valores encontrados na ed anterior: Wcima= 1850*10³ mm³ Wbaixo= 454*10³ mm³ Mmáx=2200P Nmm TB Calculando o valor de Pmáx na tração encontramos Pmáx menor ou igual a 101792 N ou 102 kN. Calculando o valor de Pmáx na compressão encontramos Pmáx menor ou igual a 24980 N ou 25 kN. Alternativa B ED 9 A máxima tensão de cisalhamento é dada pela divisão do momento de torção pelo Wt, o momento de torção vale 4,5*10³ Nmm e calculando o Wt encontramos 8,28*10-5, fazendo a divisão encontramos que a máxima tensão de cisalhamento vale 54,35 Mpa. Alternativa B ED 10 Para calcular o ângulo de deformação por torção precisamos do momento de torção (T), do comprimento do eixo (L), do módulo de elasticidade transversal (G) e do momento polar de Inércia à torção (It). A única coisa que não temos é o It mas temos como calcular e calculando encontramos que, It= 3,11*10-6 m4. Agora podemos calcular o ângulo de deformação por torção que será igual a 0,064 rad. Alternativa D ED 11 Como o enunciado não diz a tensão de escoamento de cisalhamento só posso verificar a segurança do carregamento em função da força normal a seção da barra. Essa barra suporta uma tensão de 145,45*106 N/m² com o coeficiente de segurança igual a 2,2. A tensão aplica pela força 20 kN é de 113,18*106 N/m². Portanto esse carregamento é seguro em relação a força de 20 kN. Alternativa A ED 12 Obs.: Exercício resolvido pelo professor Wagner que também não chegou a nenhuma das alternativas. N= 20000 N e T= 300000 Nmm, calculando a área e o modulo de resistência a torção(Wt), área= 176,7 mm² e Wt= 1811 mm³. Máxima tensão de cisalhamento= 165,7 MPa e a tensão normal= 113,2 MPa. Com esses valores encontramos as tensões principais 1 e 2 iguais a 231,7 MPa e -118,5 MPa. Alternativa B ED 13 O T= 300F N e o Wt= 100,53 mm³, a Máxima tensão de cisalhamento=2,984F N/mm². A máxima tensão de cisalhamento não deve ultrapassar 180 N/mm², portanto o valor de F é aproximadamente 60 N. Alternativa C ED 14 Primeiro precisamos calcular o ângulo de deformação por torção, mas para isso devemos antes calcular o valor de It que será igual a 402,12 mm4. O momento de torção será igual a (60 N * 300 mm) 18000 Nmm. Calculando o ângulo de deformação por torção encontramos o valor de 0,026 rad. Multiplicando o ângulo pelo braço da alavanca (300 mm) chegamos ao valor de 7,9 mm. Alternativa E ED 15 Tendo as tensões 70 MPa, 40 MPa e 45 MPa, podemos calcular as tensões principais 1 e 2. σ1 = (σ0+ σ*)/2 + √((( σ0- σ*)/2)²+τ0²)=99,4 MPa σ2 = (σ0+ σ*)/2 - √((( σ0- σ*)/2)²+τ0²)=15,6 MPa Alternativa A ED 16 Tendo as tensões 70 MPa, 40 MPa e 45 MPa, podemos calcular a tensão de cisalhamento máxima. τmáx=√((( σ0- σ*)/2)²+τ0²)=41,9 MPa Alternativa D ED 17 O ângulo entre o plano 1 e o plano onde atua a tensão normal de 45 MPa é dado por: tgα = (45-σ1)/40, como σ1 = 99,4 MPa (calculado no exercício anterior), o ângulo vale 53,7°. Alternativa B ED 18 Tendo as tensões 40 MPa, 60 MPa e -30 MPa, podemos calcular o ângulo formado pelo plano principal 2 e o plano a, para isso precisamos calcular a tensão principal 2: σ2 = (σ0+ σ*)/2 - √((( σ0- σ*)/2)²+τ0²)=-64,64 MPa tgα = (40-σ2)/60, como σ2 = -64,64 MPa, o ângulo vale 60,13°. Alternativa C ED 19 Tendo as tensões 40 MPa, 60 MPa e -30 MPa, podemos calcular a tensão de cisalhamento máxima. τmáx=√((( σ0- σ*)/2)²+τ0²)=69,46 MPa, lembrando que τmin= -τmax=-69,46 MPa. O ângulo entre o plano de τmin e o plano A é dado por: tgα = (τmin -60)/40, como τmin = -69,46 MPa , o ângulo vale 73°. Alternativa D ED 20 O cg da seção está a 82,25 mm a partir da esquerda da seção. A área da seção vale 12700 mm². O momento é Mz e vale P*(300+82,25) Nmm, como só tem momento Mz só precisamos calcular o Iz que vale 96,26*106 mm4 e a tensão normal vale P/12700 N. Calculando as capacidades (P) da prensa: -Tração-> P<=332 kN -Compressão-> P<=360 kN Resultados que não batem com as alternativas, já que a alternativa com o valor mais próximo (B – 327 kN) é a errada. Alternativa A ED 21 Pontos do círculo de Mohr A=(70,60) e B=(0,-60) τmáx=√((( σ0- σ*)/2)²+τ0²)=69,462 MPa σ1 = (σ0+ σ*)/2 + √((( σ0- σ*)/2)²+τ0²)=104,62 MPa σ2 = (σ0+ σ*)/2 - √((( σ0- σ*)/2)²+τ0²)=-34,462 MPa O círculo de Mohr para esses valores é o círculo da alternativa B. Alternativa B ED 22 Cálculo das reações: HA=0 VA=5,5 tf (p/ cima) VB=0,5 tf (p/ baixo) Momento que chega na seção pedida: [Da direita para a esquerda] M=3*2=6tf*m TB Esse M encontrado é My. Não tem tensão normal (N) e nem Mz. -Equação da linha neutra Sem N e Mz, a equação fica: (My/Iy)*z=0 Como My/Iy é diferente de 0, z=0. A LN passa pela origem e é normal a Z. Transformando as unidades Iy=13640 cm^4 = 1,364*10^(-4) m^4 Za=-9,8 cm = -0,098 m [negativo por que está na área comprimida] Finalmente: tensão=(My/Iy)*z[do ponto A] tensão=(6/1,364*10^(-4))*(-0,098) tensão=4310,85 tf/m² Ajustando a unidade com as das respostas: -4310,85 tf/m² = -431,08 kgf/cm² Alternativa B ED 23 Utilizando os valores encontrados na ed 8 e adotando a mesma tensão de escoamento (240 MPa) Wcima= 1850*10³ mm³ Wbaixo= 454*10³ mm³ Mmáx=2200P Nmm TB Calculando o valor de Pmáx na tração encontramos Pmáx menor ou igual a 45731 N ou 46 kN. Calculando o valor de Pmáx na compressão encontramos Pmáx menor ou igual a 11223 N ou 11,2 kN. O resultado não bate com as alternativas. Alternativa A ED 24 O momento é Mz e vale 24*106 Nmm TE, a área vale 8600 mm² e o CG da figura está a 59,186 mm a partir da esquerda da seção. A tensão normal vale: 40000/8600=4,65 MPa As tensões extremas valem 82,03 MPa (tração) e -114,31(compressão) Novamente o resultado não confere com as alternativas, mas por aproximação a alternativa B está mais próxima da resposta calculada. Alternativa B ED 25 O momento vale 12000 Nmm TE e a área vale 113,1 mm². O valor de I é 1,018*10³ mm4. As tensões extremas valem 77,8 MPa (tração) e -63,6(compressão) Alternativa C ED 26 A área da seção vale 3000 mm². O CG da figura está a 38 mm a partir da base da seção. A normal vale –P(compressão). O momento é My e vale 28*P. E Iy vale 868000 mm4. Calculando a carpa P encontramos: Na tração P<= 79 kN Na compressão P<= 77 kN. Alternativa A ED 27 O momento My vale 5,625*106 Nmm e o momento Mz vale 3,75*106 Nmm. A área vale 30000 mm², Iy vale 56,25*106 mm4 e Iz vale 108 mm4. As coordenadas do ponto A são (100,75). Portanto a tensão no ponto A vale 8,75 MPa. Alternativa A ED 28 O momento My vale 5,625*106 Nmm e o momento Mz vale 3,75*106 Nmm. A área vale 30000 mm², Iy vale 56,25*106 mm4 e Iz vale 108 mm4. As coordenadas do ponto B são (-100,75). Portanto a tensão no ponto B vale 1,25 MPa. Alternativa B ED 29 O momento My vale 5,625*106 Nmm e o momento Mz vale 3,75*106 Nmm. A área vale 30000 mm², Iy vale 56,25*106 mm4 e Iz vale 108 mm4. As coordenadas do ponto C são (-100,-75). Portanto a tensão no ponto C vale -13,75 MPa. Alternativa C ED 30 O momento My vale 5,625*106 Nmm e o momento Mz vale 3,75*106 Nmm. A área vale 30000 mm², Iy vale 56,25*106 mm4 e Iz vale 108 mm4. As coordenadas do ponto D são (100,-75). Portanto a tensão no ponto C vale -6,25 MPa. Alternativa B ED 31 O maior momento de torção que se pode aplicar na união entre as barras será igual a soma dos maiores momentos de torção que cada barra suporta com segurança 3. O alumínio suporta T=0,59 kNm e o latão suporta T=4,15 kNm, a soma dos dois é T=4,74 kNm. Alternativa D OBS.: As eds 32 e 33 pelo que foi calculado segue a resposta, porém o valor encontrado na ed 32 está correspondendo a resposta da ed 33 e vice versa. ED 32 Podemos calcular pelo ângulo de distorção da barra, como a barra está engastada nas duas extremidades esse ângulo tem que ser igual a 0. Portanto a deformação causada por Ta + a deformação causada pelo momento torçor de 10 kN deve ser igual a 0. Como Ta é a única incógnita tiramos direto o seu valor que é Ta=-0,96 kNm. (O sinal de negativo indica que Ta tende a girar a barra em sentido oposto ao momento torçor de 10 kNm). Alternativa A ED 33 Tendo o valor de Ta pelo equilíbrio tiramos o valor de Td. Ta+Td=10, como Ta=0,96 kNm, Td=10-0,96, Td=9,04 kNm. Alternativa B ED 34 O momento de torção vale 5*106 Nmm. A tensão máxima de cisalhamento não pode ultrapassar 5 N/mm². T/Wt<= tensão máxima de cisalhamento, como só temos o diâmetro interno como incógnita só essa equação é suficiente para determinar o diâmetro interno. O valor calculado do diâmetro interno é 227 mm. Alternativa C ED 35 O cálculo do ângulo de deformação θ, θ=(T*l)/(G*It). Para que o ângulo de deformação não ultrapasse 0,2° o It não pode ser menor do que 45233510,14 mm4, para esse It o diâmetro interno seria igual a 242 mm. Alternativa A ED 36 O cálculo do ângulo de deformação θ, θ=(T*l)/(G*It). Para que o ângulo de deformação não ultrapasse 0,2° o It não pode ser menor do que 45233510,14 mm4, para esse It o diâmetro interno seria igual a 242 mm. Alternativa E ED 37 O momento de torção vale 900 Nm. O modulo de elasticidade transversal vale 84*109 N/m² It(AB)=It(CD)=6,136*10-7 m4. It(BC)=2,51*10-7 m4. O ângulo de deformação na extremidade do eixo é igual a soma dos ângulos de deformação de cada trecho do eixo, resultando em 0,011 rad. Alternativa C
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