Resistência dos Materiais: 27 Fatos Rápidos Completos

Existem dois tipos de corpo: corpo rígido e corpo deformável. A distância entre quaisquer dois pontos permanece constante com a força aplicada em um corpo é conhecida como corpo rígido e o corpo no qual essa mudança de distância é conhecido como um corpo deformável. A resistência do material é o estudo de corpos deformáveis. Neste, estudamos as diferentes propriedades dos materiais, aplicando força sobre eles. O estudo da resistência dos materiais ajuda a selecionar materiais para diferentes aplicações de acordo com suas propriedades. Resistência do material também é referida como Mecânica do Material. A resistência do material inclui tensão, deformação, curva de tensão-deformação etc.

Estresse de Engenharia

• A carga instantânea ou força aplicada por unidade de área original da seção transversal (antes de qualquer deformação) é conhecida como tensão de engenharia.
•  É denotado por σ (sigma). A unidade SI de tensão de engenharia é N / m² ou Pascal (Pa).

Tensão de Engenharia = (Força Aplicada) / (Área Original)

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Classificação de Estresse

Geralmente, as tensões de engenharia seguintes são classificadas nos estudos de resistência dos materiais.

Estresse normal

• Quando a força aplicada é perpendicular à seção transversal dada da amostra (carga axial), então a tensão correspondente produzida no material é conhecida como tensão normal.
•  Muitas vezes, a força aplicada na superfície não é uniforme; nesse caso, tomamos uma média da força aplicada.

Tensão normal = (componente perpendicular da força aplicada) / área

Tensão de tração

Quando a força aplicada está longe do material, a tensão produzida é conhecida como tensão de tração.

Estresse compressivo

Quando a força aplicada é dirigida ao objeto, a tensão produzida é conhecida como tensão de compressão.

Tensão de flexão

• Quando a força é aplicada no material em forma de viga, a superfície superior do material sofre um tipo de tensão compressiva e a superfície inferior sofre uma tensão do tipo Tensão e o meio da viga permanece neutro. Esse estresse é conhecido como estresse de flexão.
•  É também conhecido como estresse flexural.

Tensão de cisalhamento

Quando a força aplicada é paralela à área em que é aplicada, a tensão é conhecida como tensão de cisalhamento.

Fórmula de cisalhamento

Tensão de cisalhamento = (Força imposta paralelamente às faces superior e inferior) / Área.

Tensão de tração vs tensão de cisalhamento

Equação de tensão combinada

Ao estudar a resistência dos materiais em exemplos da vida real, podemos ter casos em que mais de um tipo de tensão está agindo sobre o material, nesse caso, precisamos ter uma equação que pode combinar diferentes tipos de tensões

A seguir está a equação que combina as tensões de cisalhamento e tração.

Onde,

f_x= tensão de tração ou compressão na direção x

f_y= tensão de tração ou compressão na direção y

f_s= tensões de cisalhamento atuando nas faces nas direções xey

f₁= Tensão máxima de princípio

f₂= tensão mínima de tração

q = tensão de cisalhamento máxima

Fator de concentração de estresse

• Nos estudos de Resistência de Materiais, muitas vezes o material no qual aplicamos Tensão não é uniforme. Ele pode ter algumas irregularidades em sua geometria ou dentro da estrutura formada devido a cortes, orifícios de arranhões, filetes, ranhuras, etc., o que faz com que a concentração de tensão seja muito alta em algum ponto do material conhecido como concentração de estresse or stress riser / raiser.
• O grau desta concentração é expresso como a razão da tensão máxima para a tensão de referência, onde a tensão de referência é a tensão total dentro de um elemento nas mesmas condições de carga, sem qualquer concentração ou descontinuidade.

Fórmula do fator de concentração de estresse:

Concentração de estresse = estresse máximo / estresse de referência

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Fator de segurança

• Ao estudar a resistência dos materiais, sempre há algumas incertezas nos valores medidos das tensões; portanto, o estresse que vamos considerar para nosso uso, conhecido como estresse de trabalho (σ_w) é sempre menor do que o valor experimental da tensão. Na maioria das aplicações, consideramos a resistência ao escoamento (σ_y).
• A tensão de trabalho é determinada reduzindo a resistência ao escoamento por um fator; esse fator é conhecido como o fator de segurança. Portanto, o fator de segurança é uma relação entre a resistência ao escoamento e a tensão de trabalho. Seu símbolo é N. É uma quantidade sem unidade.

            Fator de segurança = Força de rendimento / estresse de trabalho

Tensão de Engenharia

• A mudança no comprimento em algum instante do material por unidade de comprimento original (antes de qualquer aplicação de força) é conhecida como deformação de engenharia.
•  É denotado por ε (Epsilon) ou γ (Gama). É uma quantidade sem unidade.

              Tensão de Engenharia = (Mudança no comprimento) / (Comprimento Original)

Razão de Poisson

• Quando a tensão de tração é aplicada ao material, há alongamento ao longo do eixo da carga aplicada e encurtamento junto com direções perpendiculares à tensão aplicada. Assim, a deformação produzida na direção da tensão aplicada é conhecida como tensão axial e a deformação produzida na direção perpendicular à Tensão aplicada é conhecida como tensão lateral or tensão transversal.
• A relação entre a deformação lateral e a deformação axial é conhecida como Razão de Poisson. É denotado por ʋ (nu). É uma constante muito importante para um determinado material.

            Razão de Poisson = - (Deformação lateral / Deformação axial)

Deixe que a carga aplicada esteja na direção z e a deformação produzida nessa direção seja ε_x  e o material é isotrópico e homogêneo (), então o coeficiente de Poisson é

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Curva Stress-Strain

• A plotagem da tensão à deformação fornece um número considerável de propriedades do material no estudo da resistência dos materiais.
• A curva tensão-deformação é a curva de tensão versus deformação na qual a deformação está no eixo independente, ou seja, o eixo xe a tensão depende, ou seja, o eixo y. É uma característica importante do material.
• Na aplicação de carga, dois tipos de deformação ocorrem no material dependendo do valor de deformação, o primeiro é a deformação elástica e o segundo é a deformação plástica.

Curva de tensão-tensão verdadeira

É uma curva tensão-deformação na qual a verdadeira tensão é plotada contra a deformação real. Tanto o estresse quanto a deformação são baseados em medições instantâneas. Portanto, a área da seção transversal instantânea é considerada em vez da seção transversal original, e o comprimento instantâneo é considerado em vez do comprimento original.

Deformação elástica

• A deformação elástica é a deformação na qual o material recupera sua forma original com a remoção da força.
• Esta região tem um limite proporcional, limite elástico, ponto de escoamento superior e ponto de escoamento inferior.

Módulo de elasticidade | Lei de Hooke

• Quando esse tipo de deformação ocorre, a deformação na peça de metal é quase proporcional à tensão; portanto, essa deformação ocorre como uma linha reta no gráfico Tensão versus deformação, exceto para alguns materiais como ferro fundido cinzento, concreto e muitos polímeros.
• O estresse é proporcional à tensão por meio dessa relação.

• Isso é conhecido como Lei de Hooke, onde Y, a constante de proporcionalidade é conhecida como Módulo de Young or Módulo de elasticidade. Também é denotado por E. É a inclinação da curva tensão-deformação no limite elástico. É uma das leis mais importantes nos estudos de resistência do material.

Módulo de fórmula de elasticidade

Seu valor é ligeiramente mais alto para cerâmicas do que metais e o valor é ligeiramente mais baixo para polímeros do que metais. Ou a maioria das estruturas deve ter deformação apenas no limite elástico; portanto, esta região é muito importante.

Deformação plástica

• Se a força aplicada for removida nesta região, o material não recuperará sua forma original.
• A deformação no material é permanente.
• Nesta região, a lei de Hooke não é válida.
• Esta região tem resistência máxima à tração de materiais e ponto de ruptura.

• Existem alguns pontos na curva em torno de qual tipo de mudanças de deformação. Esses pontos são muito importantes, pois nos informam sobre as limitações e alcances do material que são úteis na aplicação do material.

Limite proporcional

• É o ponto da curva até o qual a Tensão é proporcional à deformação.
• Quando o material é esticado além do limite de proporcionalidade, a tensão não é proporcional à deformação, mas ainda assim mostra um comportamento elástico.

Limite elástico

• É o ponto da curva até o qual o material mostra comportamento elástico.
• Após este ponto, começa a deformação plástica no material.
• Além do limite elástico, a tensão faz com que o material flua ou ceda.

Ponto de rendimento

É o ponto onde ocorre o escoamento do material; portanto, a deformação plástica do material começa a partir deste ponto.

O que é força de rendimento?

• A tensão correspondente ao ponto de escoamento é conhecida como força de escoamento—Sua resistência à deformação plástica.
• Muitas vezes não é possível localizá-lo com precisão. A transição elástico-plástica é bem definida e muito abrupta, denominada como fenômeno do ponto de rendimento.

• Ponto de rendimento superior: É o ponto no gráfico em que a carga ou tensão máxima necessária para iniciar a deformação plástica do material.

• Ponto de Rendimento Inferior: É um ponto em que é necessária uma tensão ou carga mínima para manter o comportamento plástico do material.

• O ponto de escoamento superior é instável, mas o ponto de escoamento mais baixo é estável, então usamos um ponto de escoamento mais baixo ao projetar os componentes.

Definição de força final | Definição de estresse final

• Após ceder, conforme a deformação plástica continua, ele atinge um limite máximo conhecido como Tensão final ou resistência final.
• Também é conhecido como Resistência à tração final (UTS) ou resistência à tração. É a tensão máxima que pode ser suportada pelo material em tensão.
• Toda deformação até este ponto é uniforme, mas a esta tensão máxima, pequeno estreitamento do material começa a se formar, este fenômeno é denominado como 'carinho'.

Ponto de Ruptura | Ponto de Fratura | Ponto de ruptura

• A tensão necessária para continuar a deformação plástica começa a diminuir após a resistência final e, eventualmente, quebra o material em um ponto conhecido como ponto de ruptura ou ponto de fratura.
• A tensão do material no ponto de ruptura é conhecida como 'resistência à ruptura'.

Curva de tensão-tensão para material quebradiço

Curva de tensão-tensão para material dúctil

 Ref. - Stress-Strain

Perguntas e respostas importantes relacionadas à resistência dos materiais

O que é estresse de engenharia?

A carga instantânea ou força aplicada por unidade de área original da seção transversal (antes de qualquer aplicação de força) é conhecida como tensão de engenharia.

É denotado por σ (sigma). A unidade SI de tensão de engenharia é N / m2 ou Pascal (Pa).

O que é Engineering Strain?

A mudança no comprimento em algum instante do material por unidade de comprimento original (antes de qualquer aplicação de força) é conhecida como deformação de engenharia.

É denotado por ε (Epsilon) ou γ (Gamma). É uma quantidade sem unidade.

O que é tensão de tração?

Quando a força aplicada está longe do material, a tensão produzida é conhecida como tensão de tração.

O que é estresse compressivo?

Quando a força aplicada é dirigida ao objeto, a tensão produzida é conhecida como tensão compressiva.

O que é Shear Stress?

Quando a força aplicada é paralela à área em que é aplicada, a tensão é conhecida como tensão de cisalhamento.

O que é fator de segurança?

Sempre existem algumas incertezas nos valores medidos de tensões; portanto, a tensão que vamos considerar para nosso uso, conhecida como Tensão de trabalho (σw), é sempre menor que o valor experimental da Tensão. Na maioria das aplicações, consideramos a resistência ao escoamento (σy).

A tensão de trabalho é determinada reduzindo a resistência ao escoamento por um fator; esse fator é conhecido como o fator de segurança. Portanto, o fator de segurança é uma relação entre a resistência ao escoamento e a tensão de trabalho. Seu símbolo é N. É uma quantidade sem unidade.

O que é a curva verdadeira de tensão-tensão?

É uma curva tensão-deformação na qual a verdadeira tensão é plotada contra a deformação real. Tanto a tensão quanto a deformação são baseadas na medição instantânea, portanto a área instantânea da seção transversal é considerada em vez da seção transversal original e o comprimento instantâneo é considerado em vez do comprimento original.

O que é Breaking Point?

A tensão necessária para continuar a deformação plástica começa a diminuir após a resistência final e, eventualmente, quebra o material em um ponto conhecido como ponto de ruptura.

O que é resistência à tração final?

Depois de ceder, conforme a deformação plástica continua, ele atinge um limite máximo conhecido como Tensão final ou resistência máxima, também conhecido como Resistência à tração final (UTS)

Qual é a lei de Hooke? | Explique a Lei de Hooke

Quando esse tipo de deformação ocorre, a deformação na peça de metal é quase proporcional à tensão; portanto, essa deformação ocorre como uma linha reta no gráfico Tensão versus deformação, exceto para alguns materiais como ferro fundido cinzento, concreto e muitos polímeros. O estresse é proporcional à tensão por meio dessa relação.

Isso é conhecido como Lei de Hooke, onde Y, a constante de proporcionalidade, é conhecida como Módulo de Young.

É uma das leis mais importantes nos estudos de Resistência de Materiais.

CONCLUSÃO

Nestes artigos, a terminologia importante da resistência dos materiais é explicada em detalhes, como tensão de engenharia, deformação, curva de tensão-deformação para materiais dúcteis e frágeis, módulo de elasticidade, coeficiente de Poisson etc.

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