1ª AVALIAÇÃO (1)

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FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO 
COLEGIADO DE ENGENHARIA AGRÍCOLA E AMBIENTAL 
MECN0027 - ELEMENTOS DE MÁQUINAS I 
1ª Avaliação (10 pontos) – 19/11/2020 
 
INSTRUÇÕES: A resolução das questões deve ser apresentada de forma organizada e com 
todos os cálculos utilizados para se obter as respostas. 
 
1. (1,0) (IFRN, 2010) As afirmativas abaixo se referem às propriedades mecânicas dos 
materiais. 
I. A ductilidade do material é especificada pela porcentagem de alongamento ou 
pela redução de área do corpo de prova. 
II. A energia de deformação é a energia armazenada no material devido à sua 
deformação. Se medida no limite de proporcionalidade, é denominada módulo 
de resiliência; se medida no ponto de ruptura, é chamada módulo de tenacidade. 
III. Um material dúctil, como o aço doce, apresenta quatro comportamentos 
distintos quando em ensaio de carregamento de tração. São eles: 
comportamento elástico, escoamento, endurecimento por deformação e 
estricção. 
IV. Quanto maior o módulo de elasticidade do material, menor é a energia para 
deformá-lo. 
 
Estão corretas as afirmativas: 
a) ( ) I, II e IV 
b) ( ) I, II e IV 
c) ( ) II, III e IV 
d) ( ) I, II e III 
 
2. Um corpo de prova metálico, de formato cilíndrico, com 15 milímetros de diâmetro e 
120 milímetros de comprimento deve ser submetido a uma força de tração de 15 000 
N. Observe os dados contidos na Tabela 1 e responda: 
 
Tabela 1. Propriedades mecânicas típicas de vários metais e ligas em um estado recozido. 
Liga 
Metálica 
Resistência ao 
escoamento 
(MPa) 
Limite de 
resistência à 
tração (MPa) 
Módulo de 
Elasticidade 
(GPa) 
Coeficiente de 
Poisson 
Alumínio 35 90 69 0,33 
Cobre 69 200 110 0,34 
Latão 75 300 97 0,34 
Níquel 138 480 207 0,31 
Aço (1020) 180 380 207 0,30 
Titânio 450 520 107 0,34 
 
a. (1,0) Se o metal não deve sofrer qualquer deformação plástica, qual ou quais 
materiais é (são) candidato(s) adequado(s) para a construção do corpo de prova? 
Por quê? 
 
b. (1,0) Se, além disso, o corpo de prova não deve alongar mais que 0,070 mm, qual 
ou quais, entre os metais que satisfazem o critério da parte (a), é (são) candidato(s) 
adequado(s) para a construção do corpo de prova? Por quê? 
 
c. (0,5) Que materiais entre os listados na Tabela 1 apresenta(m) maior rigidez na 
região elástica? 
 
3. Observe os dados de tensão-deformação para os materiais hipotéticos contidos na tabela 
2 e responda: 
 
Tabela 2. Dados de tensão-deformação para materiais hipotéticos 
Material 
Resistência 
ao 
escoamento 
(MPa) 
Limite de 
resistência 
à tração 
(MPa) 
Deformação 
na fratura 
(𝜺𝒇) 
Resistência à 
fratura 
(MPa) 
Módulo de 
Elasticidade 
(GPa) 
A 310 340 0,23 265 210 
B 100 120 0,40 105 150 
C 415 550 0,15 500 310 
D 700 850 0,14 720 210 
E Fratura antes do escoamento 650 350 
 
a. (1,0) Qual material apresenta maior resiliência (módulo de resiliência)? Justifique. 
 
b. (1,0) Qual material apresenta maior tenacidade (módulo de tenacidade)? Justifique. 
 
c. (0,5) Sabendo que todos os corpos de prova submetidos ao ensaio apresentavam um 
comprimento inicial de 50 mm, qual o material mais dúctil e qual (is) o(s) material 
frágil entre os ensaiados? Justifique. 
 
4. (1,0) Durante o processo de produção de uma barra de aço que medidas podem ser 
adotadas para melhorar as propriedades mecânicas desse material? Explique e 
exemplifique. 
 
5. (1,0) O fator de segurança para um elemento de máquina depende do ponto particular 
escolhido para análise. Calcule fatores de segurança, com base na teoria da energia de 
distorção, para elementos de tensão em A e B do membro mostrado na figura abaixo. 
Esta barra é feita de aço AISI 1006 repuxado a frio e é carregada pelas forças 
𝐹=0,55𝑘𝑁, 𝑃=8,0 𝑘𝑁 e 𝑇=30 𝑁.𝑚. 
 
 
6. (1,0) Calcule a resistência à fadiga de um corpo de prova de viga rotativo feito de aço 
AISI 1020 laminado a quente para corresponder a uma vida de 12,5 kilociclos de 
reversão de tensão. Calcule também a vida do corpo de prova para corresponder a uma 
amplitude de tensão de 252 MPa. As propriedades conhecidas são 𝑆𝑢𝑡 = 463 𝑀𝑃𝑎, 𝜎0 
= 805 𝑀𝑃𝑎, 𝑚 = 0,22 e 𝜀𝑓 = 0,90. 
 
7. (1,0) Calcule a resistência à fadiga de um eixo de 32 mm de diâmetro de aço AISI 1035, 
com um acabamento usinado e termo tratado para uma resistência à tração de 710 Mpa. 
 
8. QUESTÃO EXTRA (1,0): Considere a chave de roda mostrada na figura abaixo, como 
feita de ferro fundido, usinado às dimensões. A força F aplicada em D. próximo a 
extremidade da alavanca de 380 mm, resulta em tensões na barra em balanço OABC. 
A força F requerida para fraturar essa parte pode ser considerada a resistência do 
componente. Se o material usado é o ferro fundido ASTM grau 30, com resistência à 
tração de 210 MPa e resistência à compressão de 752 Mpa, encontre a força F utilizando 
o modelo de falha de Coulomb-Mohr para materiais frágeis. 
Considere os fatores de concentração de tensão devido ao entalhe iguais a 1 (𝐾𝑡 =
𝐾𝑡𝑠 = 1).