Ciência e Tecnologia dos Materiais - Resumo resistência dos materiais

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Ciência e Tecnologia dos Materiais – Unidade 3 
Resistência dos materiais 
- Definem o comportamento do material 
quando sujeito a esforços mecânicos. 
- Evitar que ocorram níveis inaceitáveis de 
deformação e/ou falhas no material que 
possam comprometer o projeto. 
Tipos de Tensão 
a) Tração 
b) Compressão 
c) Cisalhamento 
d) Torção 
 
 
e) Flambagem – Fenômeno que ocorre em 
peças de área de secção transversal 
pequena em relação ao seu comprimento, 
quando submetidas a um esforço de 
compressão axial. 
 
• Ensaios Mecânicos: o mais 
amplamente utilizado é o ensaio de 
tração para os materiais metálicos e 
poliméricos e o ensaio de 
compressão e flexão para os 
materiais cerâmicos. 
 
 
• Tensão / tensão de engenharia: 
 
 
 
 
Tipos de Deformação 
 
 
 
 
• Modulo de elasticidade de Young: 
 
Está relacionado com a rigidez do material 
ou à resistência à deformação elástica. 
 
 
- O módulo de elasticidade corresponde à 
inclinação da curva Força resultante Vs 
Distância interatômica no ponto da 
distância de equilíbrio da curva, r0. 
- Quanto maior for a inclinação, significa 
que as ligações são fortes, mais rígido será 
o material. 
- No geral, significa que a inclinação será 
maior para cerâmicas do que para metais... 
do que para polímeros. 
 
• Deformação Plástica: 
 
(a) Curva tensão x deformação para 
um material típico. A transição do 
comportamento elástico para o 
plástico é uma transição gradual 
para a maioria dos metais. 
(b) Curva tensão x deformação típica 
para alguns aços e ligas de 
titânio. A transição elastoplástica 
é muito bem definida (ocorre de 
forma abrupta). Apresenta 
limites superior e inferior de 
escoamento. 
 
• Escoamento e Encruamento: 
• Escoamento é uma transição 
heterogênea entre a fase elástica e a 
plástica, caracterizada por um aumento 
considerável da deformação, com uma 
tensão praticamente constante. 
• Encruamento é a necessidade de 
aumentar-se a tensão para dar 
continuidade à deformação plástica do 
material, 
 
• Ductilidade: 
-Representa uma medida do grau de 
deformação plástica que foi suportado pelo 
material até à sua fratura. 
-Corresponde à elongação total do material 
devido à deformação plástica. 
-Com frequência, observa-se que quanto 
maior for a ductilidade, maior será o 
alongamento percentual. 
 
• Tenacidade: 
- Representa uma medida da habilidade de 
um material em absorver energia até a sua 
fratura. 
- Para que um material seja tenaz, este 
deve apresentar tanto a resistência 
(“elevado” σe ou LRT) como de ductilidade. 
 
• Resiliência: 
- É a capacidade de um material absorver 
energia quando ele é deformado 
elasticamente e, depois, com a remoção 
dessa carga, permitir a recuperação dessa 
energia. 
 
 
 
Relação entre deformações 
- A deformação elástica longitudinal de um 
material metálico é acompanhada de uma 
variação das dimensões transversais. 
 
 
 
 
Ensaio de Compressão 
- De modo geral, podemos dizer que a 
compressão é um esforço axial, que tende 
a provocar um encurtamento do corpo 
submetido a este esforço. 
- Nos ensaios de compressão, os corpos de 
prova são submetidos a uma força axial 
para dentro, distribuída de modo uniforme 
em toda a seção transversal do corpo de 
prova. 
- Não tem formação de estricção. 
- Muito usado para materiais cerâmicos, 
visto que os mesmos não respondem bem a 
esforços de tração. 
Ensaio de Ruptura por Flexão 
 
 
Dureza 
- É uma medida da resistência de um 
material a uma deformação plástica 
localizada (ex: uma pequena impressão). 
- A dureza depende diretamente das forças 
de ligação entre os átomos, íons ou 
moléculas. O tipo de ligação química é 
importante. 
- Os principais ensaios de dureza são: 
Brinell, Rockwell, Vickers e Knoop (ensaios 
por penetração). 
- Um penetrador é forçado contra a 
superfície do metal a ser testado. Medição 
da marca deixada na superfície. 
Falha ou Fratura 
- Consiste na separação do material em 
duas ou mais partes devido à aplicação de 
uma carga estática a temperaturas 
relativamente baixas em relação ao ponto 
de fusão do material. 
- O processo de fratura é normalmente 
súbito e catastrófico, podendo gerar 
grandes acidentes 
- Envolve duas etapas: formação da trinca 
e propagação 
- A fratura pode assumir dois modos: dúctil 
e frágil 
 
 
 
 
 
Fadiga 
- Fadiga é um tipo de falha que ocorre em 
materiais sujeitos a uma tensão que varia 
no tempo. 
- A falha por fadiga pode ocorrer para 
níveis de tensão substancialmente mais 
baixos do que o limite de resistência ou 
limite escoam. do material. 
- É responsável por aproximadamente 90% 
de todas as falhas de metais, afetando 
também polímeros e cerâmicas. 
- Ocorre subitamente e sem aviso prévio. 
- A falha por fadiga é do tipo frágil, sem 
deformação ou com pouquíssima 
deformação plástica. 
 
 
 
 
Materiais Compósitos 
 
- Combinar de maneira “engenhosa” 
(criativa) vários metais, cerâmicas e 
polímeros de forma a produzir uma nova 
geração de materiais com propriedades 
excepcionais!!! 
-Um material compósito é um conjunto de 
dois ou mais materiais diferentes, 
combinados à escala macroscópica, para 
funcionarem como uma unidade, visando 
obter um conjunto de propriedades que 
nenhum dos componentes apresenta 
individualmente. 
 
- São materiais compostos por duas fases: 
uma matriz e um reforço, que podem ser 
ambos de natureza polimérica, metálica ou 
cerâmica. 
 
- Entre as propriedades mais importantes 
podemos citar o alto módulo de 
elasticidade (E), elevada resistência à 
tração e fadiga e a alta resistência à 
corrosão associados a uma massa 
reduzida. 
 
 
Compósitos reforçados – 
partículas 
 
Compósitos reforçados – fibras 
Um compósito reforçado com fibras não 
tem suas características mecânicas 
somente em função das propriedades das 
fibras, mas também na forma como uma 
carga aplicada é transmitida às fibras pela 
fase matriz. 
 
Sob a aplicação de uma tensão externa, 
esta ligação fibra-matriz cessa (termina) 
nas pontas (extremidades) das fibras. 
• Influência do comprimento da fibra: 
A magnitude da ligação interfacial 
entre as fases fibra e matriz é 
importante para a extensão dessa 
transferência de carga. 
 
- Um certo comprimento crítico da fibra é 
necessário para se obter um aumento 
efetivo na resistência e na rigidez de um 
material compósito. 
 
 
 
• Influência da orientação da fibra: O 
arranjo ou orientação das fibras 
umas em relação às outras, a 
concentração e sua distribuição 
apresentam uma influência 
significativa sobre a resistência, 
rigidez e outras propriedades dos 
compósitos reforçados com fibras. 
 
 
• Compósitos com Fibras Contínuas e 
Alinhadas: 
 
 
 
 
 
 
 
- O módulo de elasticidade de um compósito 
com fibras contínuas e alinhadas, na 
direção do alinhamento (ou direção 
longitudinal), Ecl é: 
 
 
Condição de isodeformação! 
• Comportamento elástico – 
carregamento transversal: 
 
 
 
- Isotensão. 
• Compósitos com Fibras 
Descontínuas e Alinhadas: 
 
• Compósitos com Fibras 
Descontínuas e Orientadas 
Aleatoriamente: