Ensaio de compressão

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ENSAIO DE COMPRESSÃO
ENSAIO DE COMPRESSÃO
DEFINIÇÃO: ensaio mecânico no qual, carga axial de natureza compressiva é aplicada na
secção transversal do material.
CURIOSIDADES DO ENSAIO:
• O ensaio resultará num gráfico deformação linear (distância entre as placas que comprimem o cp)
e a carga aplicada.
• As propriedades resultantes são as mesma que o teste de tração.
• A curva tensão x deformação real em compressão ficará sempre abaixo da curva tensão x
deformação em tração comparativamente (matérias dúcteis).
• A relação entre deformação plástica e elástica válidas para tração são também aceitáveis em
compressão.
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DEFORMAÇÃO NO ENSAIO DE COMPRESSÃO:
• Deformação elástica:
• Deformação plástica:
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CURIOSIDADES DO ENSAIO:
• Dados quantitativos pode ser usados para determinar parâmetros de processos de conformação
mecânica.
• Os resultados são influenciados pela composição química, geometria do material, microestrutura,
defeitos superficiais e ambiente (meio corrosivo ou calor).
• Geralmente este ensaio não é aplicado para metais (atito entre as placas e o material testado,
flambagem e dificuldade de medidas dos valores das propriedades na região plástica).
• Em metais muito dúctil o material testado pode resultar num disco.
• Para materiais frágeis a ruptura ocorre a 45° em relação ao plano da carga aplicado por ser este
o plano principal de cisalhamento.
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CURVA TENSÃO X DEFORMAÇÃO :
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PROPRIEDADES NO ENSAIO DE COMPRESSÃO:
1.Tensão limite de escoamento (𝜎𝑦) → quando o escoamento não apresenta um patamar bem
definido (visível) é utilizada a mesma metodologia do escoamento convencional de tração,
traçando-se uma paralela a parte linear a partir de 0,2% de deformação.
2. Dilatação transversa (ɸ) → equivale a estricção no ensaio de tração, representa a plasticidade do
material. ɸ =
𝐴𝑓 −𝐴0
𝐴0
3. Limite de resistência a compressão (𝜎𝑢) → máxima tensão que o material suporta antes da
fratura
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4. Tensão convencional (𝜎𝑐 ) → é a tensão calculada em função da área inicial.
𝜎𝑐 =
𝐹
𝐴0
→ 𝜎𝑐 =
4𝐹
𝜋𝐷0
2
5. Deformação convencional (𝜀𝑐) → variação comprimento pelo comprimento inicial.
𝜀𝑐 =
∆ℎ
ℎ0
→ 𝜀𝑐 =
ℎ𝑓 −ℎ0
ℎ0
→ 𝜀𝑐 = − 1 −
ℎ
ℎ0
6. Tensão real (𝜎𝑅) → é a tensão calculada em função da área instantânea.
𝜎𝑅 =
𝐹
𝐴𝑖
→ 𝜎𝑅 =
4𝐹
𝜋𝐷𝑖
2 → 𝜎𝑅 =
4𝐹ℎ
𝜋𝐷0
2ℎ0
(volume constante)
7. Deformação real (𝜀𝑅) → é a variação de deformação a cada instante
𝜀𝑅 = ℎ0׬
ℎ 𝑑ℎ
ℎ
→ 𝜀𝑅 = ln
ℎ
ℎ𝑜
→ 𝜀𝑅 = − ln
ℎ0
ℎ
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ENSAIO DE COMPRESSÃO EM MATERIAIS DÚCTEIS:
• Na compressão em materiais dúcteis, ocorre uma deformação lateral considerável até que o
material se torne em forma de disco sem que ocorra fratura.
• A compressão em materiais dúcteis fornece a penas as propriedades mecânicas da região
elástica (limite de escoamento, limite de proporcionalidade, modulo de elasticidade e resiliência).
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MODO DE DEFORMAÇÃO EM MATERIAIS DÚCTEIS:
1. Flambagem, quando a relação L/D > 5.
2. Cisalhamento, quando a relação L/D > 2,5.
3. Barril duplo, quando a relação L/D > 2,0.
4. Barril, quando a relação L/D > 2,0 e existe fricção entre as superfícies de contato.
5. Compressão homogênea, quando a relação L/D < 2,0 e não existe fricção entre as superfícies
de contato.
6. Instabilidade compressiva devido ao amolecimento do material pelo efeito de carga.
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REPRESENTAÇÃO DOS MODOS DE DEFORMAÇÃO:
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ENSAIO DE COMPRESSÃO EM MATERIAIS FRÁGEIS:
1. Ruptura por escorregamento e cisalhamento de planos com pouca deformação
plástica.
2. A propriedade mecânica determinada é o limite de resistência mecânica.
3. A resistência mecânica a compressão dos materiais frágeis, é oito vezes maior do
que a resistência a tração para estes materiais.
4. A resistência mecânica é calculada pela força máxima dividida pela área inicial.
5. O ensaio de compressão para estes materiais pode ser realizado na própria peça
pronta, determinando-se a carga de ruptura.
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REPRESENTAÇÃO DO MODO DE DEFORMAÇÃO:
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EFEITO DO ATRITO E FLAMBAGEM NO ENSAIO DE COMPRESSÃO:
• ATRITO:
1. Formação de um gradiente de tensões sobre a superfície de contato (atrito).
2. Redução do escoamento (deformação) nas superfícies de contato.
3. Deformação lateral da barra pelo menor atrito (efeito barril).
4. Para amenizar o efeito do atrito devemos colocar chapas finas de aço entre as placas
de compressão, lubrificar as extremidades do cp (parafina, teflon ou graxa), considerar a
medida de 𝐿0 afastado um 𝐷0 das extremidades do cp.
5. Os fatores atrito e a relação L/D atuam paralelamente no modo e valores da
deformação.
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REPRESENTAÇÃO DO EFEITO DO ATRITO:
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• FLAMBAGEM:
1. Evitar a flambagem elástica (instabilidade na compressão de um material dúctil), dimensionado
o cp para que a carga máxima seja menor que a carga critica de flambagem (𝑄𝑐 =
𝜋2𝐸𝐼
4𝐿2
) .
2. Garantir a uniformidade de carregamento com o paralelismo entre as placas de compressão.
3. Centralização dos corpos de prova , evitando o desbalanceamento de esforços.
4. Garantir uma relação L/D ente 3 e 8 (mínimo de 3 para evitar redução excessiva de 𝐿0 ou ℎ0
para evitar o atrito e menor que 8 para evitar a flambagem).
OBS: a diminuição de
ℎ0
𝐷0
exige maiores carregamento e causa maior efeito de embarrilhamento.
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CARGAS CRITICAS DE FLAMBAGEM NA REGIÃO PLÁSTICA:
𝑄𝑐 =
𝛿𝜎
𝛿𝜀
𝐼
𝐿2
1. Corpos de prova cilíndricos:
𝑄𝑐 = 0,615
δσ
δɛ
(
𝐷
𝐿
)2
2. Corpos de prova retangulares:
𝑄𝑐 = 0,82
δσ
δɛ
(
𝑏
𝐿
)2
OBS: quanto maior a zona plástica do cp em compressão, maior deve ser a relação D/L
ou b/L, pois nesta região
δσ
δɛ
(inclinação da curva) é pequeno.
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INFLUÊNCIA DA FIXAÇÃO DO CP NA CARGA CRITICA:
𝑃𝑐 =
𝜋2𝐸𝐼
4𝐿2
𝑃𝑐 =
𝜋2𝐸𝐼
𝐿2
𝑃𝑐 =
20,2𝐸𝐼
𝐿2
𝑃𝑐 =
4𝜋2𝐸𝐼
𝐿2
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COMPRESSÃO EM PRODUTOS ACABADOS:
1. Ensaios em tubos:
1.1 Achatamento → aplicação de cargas compressivas em segmentos do tubo ou anéis, o
resultado é a medição da distância entre placas com o aparecimento ou não de fissuras
ou trincas na região tracionada. Em tubos com costura ou soldados analisa-se a zona
soldada.
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1.2 Achatamento reverso → consiste em corta-se um tubo soldado por solda elétrica
longitudinalmente em forma de meia cana, deve ser aplicada uma carga compressiva até
que esta meia cana tome forma de chapa, é observado a região de maior tensão trativa
para avaliar a solda.
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1.3 Ensaio de amassamento → ensaio onde o segmento do tubo é colocado em pé entre
as garras de compressão, utilizado para tubos de alta pressão, o resultado é semelhante
ao achatamento.
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1.4 Ensaio de flangeamento → é utilizado para determinar a ductilidade de tubos para
alta pressão de vapor, consiste em colocar-se um segmento do tubo no interior de um
bloco matriz e provocar o flangeamento em uma das extremidades, neste ensaio também
é possível determinar a capacidade do tubo resistir a um dobramento de 90°.
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1.5 Ensaio de expansão → ensaio semelhante ao de flangeamento, consiste em colocar-
se um mandril em forma de tronco de cone numa das extremidades do tubo provocando
seu aumento de diâmetro.
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1.6 Ensaio em molas → neste ensaio são determinados a constante da mola e a carga
de prova(resistência da mola). Para a constante da mola devemos carregar e descarregar
por pelo menos quatro vezes e construir o gráfico carga x deformação que é uma reta
que passa pela media dos pontos obtidos e o coeficiente angular da reta é a constante da
mola. Para a determinação da resistência da mola aplicam-se alguma cargas pré-
determinadas e mede-se suas respectivas alturas.ENSAIO DE COMPRESSÃO
COMPARAÇÃO ENTRE DEF. REAL E CONV. EM TRAÇÃO E COMPRESSÃO:
• Para deformação real:
- Se 𝐿 = 2𝐿0 (tração) → δ =
ln 2𝐿0
𝐿0
→ δ = ln 2 → δ = 0,693.
- Se L =
𝐿0
2
(compressão) → δ = ln
𝐿0
2
𝐿0
→ δ = ln
1
2
→ δ = - 0,693.
• Para deformação convencional:
- Se L = 2𝐿0 (tração) → 𝜀𝑐 =
2𝐿0 − 𝐿0
𝐿0
→ 𝜀𝑐 = 1
- Se L =
𝐿0
2
(compressão) → 𝜀𝑐 =
𝐿0
2
− 𝐿0
𝐿0
→ 𝜀𝑐 = - 0,5