Lista 07 Falhas

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ 
Instituto de Tecnologia 
Ciência e Engenharia dos Materiais 
Faculdade de Engenharia Civil 
 
Lista 7: Exercícios sobre Falha 
 
 
 
1- Cite pelo menos duas situações nas quais a possibilidade de uma falha é parte 
integrante do projeto de um componente ou produto. 
R: 1) Nas engrenagens do funcionamento de uma máquina: possui um pino, denominado de 
“pino de cisalhamento”, sendo projetado para ser cisalhado antes que algum dano seja causado 
às engrenagens em uma situação carga excessiva. 2) Qualquer material, está suscetível a sofrer 
variações volumétricas devido à mudança de temperatura, para que não ocorra 
comprometimento da construção, usa-se as juntas de dilatação, que são espaçamentos usados 
para absorver essas variações. 
 
2- Explique sucintamente por que as ligas metálicas CCC e HC podem experimentar 
uma transição dúctil-frágil com a diminuição da temperatura, enquanto ligas CFC 
não experimentam esse tipo de transição. 
R: As ligas com estruturas cristalinas CCC e HC experimentam esse tipo de transição, pois a 
temperatura de transição é sensível tanto à composição quanto à microestrutura da liga. 
Enquanto, aquelas que possuem estruturas cristalinas CFC permanecem dúcteis mesmo a 
temperaturas extremamente baixas. 
 
3- Um ensaio de fadiga foi conduzido onde a tensão média era de 50MPa e a amplitude 
da tensão era de 225 MPa. 
 
a) Calcule os níveis de tensão máximo e mínimo. 
𝝈𝒎á𝒙 + 𝝈𝒎𝒊𝒏 
𝝈𝒎 = = 𝟓𝟎 𝑴𝑷𝒂 
𝟐 
 
𝝈𝒎á𝒙 + 𝝈𝒎𝒊𝒏 = 𝟏𝟎𝟎 𝑴𝑷𝒂 
 
𝝈𝒎á𝒙 − 𝝈𝒎𝒊𝒏 
𝝈𝒂 = = 𝟐𝟐𝟓 𝑴𝑷𝒂 
𝟐 
 
𝝈𝒎á𝒙 − 𝝈𝒎𝒊𝒏 
𝟐𝟐𝟓 = = 
𝟐 
 
𝝈𝒎á𝒙 − 𝝈𝒎𝒊𝒏 = 𝟒𝟓𝟎𝑴𝑷𝒂 
 
 
Igualando à equação anterior, temos: 
 
𝝈𝒎á𝒙 + 𝝈𝒎𝒊𝒏 = 𝟏𝟎𝟎 𝑴𝑷𝒂 
𝝈𝒎á𝒙 − 𝝈𝒎𝒊𝒏 = 𝟒𝟓𝟎𝑴𝑷𝒂 
 
𝟐𝝈𝒎á𝒙 = 𝟓𝟓𝟎𝑴𝑷𝒂 
 
Obtendo-se duas equações 
 
 𝝈𝒎á𝒙 = 𝟐𝟕𝟓𝑴𝑷𝒂 
 
𝟐𝟕𝟓 + 𝝈𝒎𝒊𝒏 = 𝟏𝟎𝟎 𝑴𝑷𝒂 
 
𝝈𝒎𝒊𝒏 = −𝟏𝟕𝟓𝑴𝑷𝒂 
 
b) Calcule a razão de tensão. 
 𝜎𝑚𝑖𝑛 −175 𝑀𝑃𝑎 
 𝑅 = = = 
 𝜎𝑚á𝑥 275 𝑀𝑃𝑎 
 
 
c) Calcule a magnitude do intervalo de tensões. 
𝟐𝟕𝟓 − (−𝟏𝟕𝟓) = 𝟒𝟓𝟎𝑴𝑷𝒂 
−𝟎, 𝟔𝟒 
 
4- Liste quatro medidas que podem ser tomadas para aumentar a resistência à fadiga de 
uma liga metálica. 
a) Manter a tensão média em níveis mais baixos possíveis 
b) Endurecimento superficial 
c) Polimento, reduzindo rugas, consequentemente, diminuindo a concentração de tensão. 
d) Diminuição de arestas ou rebarbas, evitando assim, os “cantos vivos”. 
 
5- Quais as principais diferenças entre os seguintes conceitos ou parâmetros: 
ductilidade, tenacidade e resiliência. 
Ductilidade: é a propriedade do material de sofrer deformação permanente sem romper. 
Tenacidade: É a capacidade que o material apresenta de absorver energia até a fratura. É 
quantificado pelo módulo de tenacidade, que é a energia absorvida por unidade de volume, 
desde o início do ensaio de tração até a fratura. 
Resiliência: é a capacidade do material absorver e devolver energia sem deformação 
permanente. 
 
6- A tendência à fratura frágil de um material se manifesta mais claramente em um 
ensaio de tração ou em um ensaio de impacto? Justifique. 
No ensaio de tração, pois diferentemente do ensaio de impacto, é realizado com a temperatura 
constante e que a velocidade de deformação (velocidade de afastamento das garras) é mantida 
aproximadamente constante. O ensaio de tração pode ser realizado tanto em temperaturas 
muito baixas como em altas temperaturas. Para a grande maioria das aplicações, o ensaio é 
realizado na temperatura ambiente. Enquanto o ensaio de impacto, são geralmente 
apresentados como a energia absorvida no processo de fratura do corpo de prova. A energia 
absorvida no processo de fratura varia muito com a temperatura de ensaio. Por esta razão são 
realizados ensaios em várias temperaturas. 
 
7- Cite três técnicas metalúrgicas/de processamento que são empregadas para 
aprimorar a resistência à fluência de ligas metálicas. 
1) Fundição: relacionada ao aumento do grão, o tamanho do grão atua no sentido de que a 
medida que aumenta o tamanho, maior a resistência à fluência. 
2) Solidificação unidirecional: controlada de ligas que possuem composições especialmente 
projetadas, das quais resultam compósitos com duas fases. 
3) Solidificação direcional: que produz ou grãos altamente alongados ou componentes 
monocristalinos 
 
8- Cite cinco fatores que podem levar à dispersão em dados de vida em fadiga. 
(1) a redução do nível médio de tensão, 
(2) a eliminação de descontinuidades da superfície que tenham formas agudas 
(3) a melhoria do acabamento da superfície mediante polimento. 
(4) a imposição de tensões compressivas residuais na superfície mediante jateamento, (5) o 
endurecimento de camada superficial pelo uso de um processo de carbonetação ou nitretação. 
 
9- O concreto possui uma excelente resistência em compressão, mas fratura com 
facilidade sob tração. Explique o porquê? 
A propriedade de resistência à compressão apresentada pelo concreto está associada na relação 
entre as tensões e as deformações. O concreto sendo a mistura de cimento, areia, brita e água 
é um material cerâmico onde a tensão-deformação ocorre de forma linear, apresentando a 
dureza caracterizada pelos materiais cerâmicos, e tendo relação direta com os grãos de 
composição.