Introdução às fraturas
Teoria
E aiiiii pessoal!!! Tudo tranquilo com vocês?
Você já teve um incomodo ao tentar abrir um pacote de amendoim e não conseguir?
Provavelmente você notou que quando um rasgo é feito na aresta do pacote, como mostra a figura abaixo, menor é a força necessária para rasgar e abrir a embalagem.
Esse fenômeno está relacionado com uma característica básica da mecânica da fratura: quando um pequeno rasgo ou entalhe existe em uma extremidade a tensão de tração aplica é amplificada, ou seja, menor será a força de tração necessária para romper o material. Esse rasgo ou entalhe é o que chamamos de concentrador de tensão.
Mas, caaaalma! Pois veremos detalhadamente sobre isso quando falarmos de mecânica da fratura!
Antes de falarmos sobre fraturas é importante salientarmos que fratura é um tipo de falha!
Afinal, o que é uma falha?
Em nosso dia a dia muitas vezes algo falha, isto é, deixa de cumprir sua real função. Por exemplo: se ao escrevemos em nosso caderno com o lápis e o mesmo quebra a ponta, podemos dizer que o lápis falhou em sua função de escrever. Outro exemplo é quando armazenamos água em nossa garrafinha e colocamos em nossa mochila. Quando chegamos à faculdade notamos que nosso material está todo molhado. Isso significa que a garrafinha falhou na sua função de armazenar nossa água. Logo, a falha faz parte do nosso dia a dia.
Entretanto, quando falamos de falhas em materiais de engenharia estas quase sempre são indesejáveis por varias razões: vidas humanas colocadas em risco, perda econômicas, indisponibilidade do produto ou serviço, entre outras.
Muitas vezes conhecemos as causas das falhas e o comportamento do material, porém, é uma tarefa difícil garantir a prevenção das falhas. As causas comuns são a seleção e o processamento inadequado do material, má utilização, projeto inadequado.
Os materiais podem falhar por diversos mecanismos. Veremos os principais:
- Fratura
- Fadiga
- Fluência
A fratura consiste na separação do material em duas partes, em resposta a uma tensão estática (tensão constante ou que varia muito lentamente com o tempo) imposta e em temperaturas que são baixas em relação à temperatura de fusão do material.
Para os metais há dois modos de fratura: a dúctil e a frágil. Essa classificação está baseada na habilidade que o material apresenta de deformar plasticamente, ou seja, quanto mais deformação plástica e absorção de energia antes da fratura o material suporta, dizemos que ele apresentou um comportamento dúctil. Do mesmo modo, quando o material tem muito pouco ou nenhuma deformação e absorve pouca energia antes da fratura, dizemos que o material teve um comportamento frágil.
A ductilidade pode ser expressa como alongamento percentual:
Porém, a ductilidade é uma função temperatura do material, da taxa de deformação e do estado de tensão. Assim, depende dos valores dessas três variais o material pode mudar de um comportamento dúctil para frágil. Mas fiquem tranquilos, pois veremos isso mais adiante!
Duas etapas ocorrem para que uma fratura ocorra: nucleação e propagação da trinca. Veremos cada uma dessas quando tratamos da fratura frágil e dúctil.
Vamos praticar um pouco?
Exercícios Resolvidos
Exercício Resolvido #1
Estácio
É responsabilidade do engenheiro projetista se assegurar que o componente idealizado não sofra falhas que resultem em fraturas e que trabalhe dentro das tolerâncias de variações dimensionais determinadas no projeto. Para tanto, é necessário que este profissional conheça os diversos tipos de fratura e suas causas. Entre as opções a seguir, identifique aquela que NÃO corresponde a um tipo de fratura.
- Fratura por intensificação do campo de tensões devido a defeitos.
- Fratura por ressonância magnética.
- Fratura por fadiga.
- Fratura por sobrecarga.
- Fratura devido a altas taxas de deformações.
Passo 1
A única alternativa que NÃO corresponde a um mecanismo de fratura é a alternativa b).
Resposta
Letra: b)
Exercício Resolvido #2
Estácio
O gráfico tensão-deformação de engenharia presente revela as diversas fases de deformação pelas quais um corpo de prova de seção reta circular passa ao ser submetido a uma carga de tração gradativamente crescente. Considerando o fenômeno físico que originou o gráfico e suas características, só NÃO podemos afirmar:
- O ponto B representa a maior tensão suportada pelo material.
- O limite de resistência a tração do corpo é representado pelo ponto C.
- O ponto A representa a tensão de escoamento do material.
- O ponto B que nos interessa para representar o máxima resistência à tração.
- O ponto C representa a ruptura do corpo de prova.
Passo 1
No gráfico de tensão-deformação de engenharia, para um material dúctil, vemos três pontos de interesses: ponto A, limite de escoamento do material, ponto B, o limite de resistência a tração e é nesse ponto que o material começa a estricção e ponto C limite de ruptura. Portanto, a letra b) está incorreta.
Resposta
Letra: b)
Exercício Resolvido #3
Estácio
Os materiais estruturais são projetados para funcionar no regime de deformação elástica, ou seja, cessado o estímulo da deformação, o corpo retorna às suas dimensões originais, previstas no projeto. Quando um componente estrutural passa a apresentar deformação plástica (aquela que não desaparece com o cessar do estímulo), provavelmente perdeu suas características dimensionais necessárias ao funcionamento de uma estrutura maior no qual se encontra inserido, como mostrado na figura a seguir .
Com relação ao exposto e considerando a figura anterior, determine qual o tipo de fratura provavelmente exemplicada.
- Fratura por fadiga.
- Fratura por sobrecarga.
- Fratura por altas taxas de deformação.
- Fratura por intensificação do campo de tensões devido a defeitos.
- Fratura por ressonância magnética.
Passo 1
Quando um material sofre deformação plástica, como o da figura, dizemos que a fratura ocorreu por sobrecarga.
Resposta
Letra: b)
Exercício Resolvido #4
Elaboração própria
Quais são os dois modos de fratura?
Marque a alternativa correta.
- Fadiga e dúctil.
- Fadiga e frágil.
- Fluência e fadiga.
- Frágil e dúctil.
- Frágil e fluência.
Passo 1
A fratura consiste na separação do material em duas partes e existe dois modos: dúctil e frágil.
Resposta
Letra: d)
Exercício Resolvido #5
Elaboração própria
A classificação dos dois modos de fratura está baseada em qual habilidade que o material possui?
- Coeficiente de dilatação.
- Condutibilidade elétrica.
- Emissibilidade.
- Deformação plástica.
- Biocompatibilidade.
Passo 1
A classificação dos dois modos de fratura está baseada na habilidade que o material tem de deforma-se plasticamente antes de falhar. Assim, quanto mais deformação plástica e absorção de energia antes da fratura o material suporta, dizemos que ele apresentou um comportamento dúctil. Do mesmo modo, quando o material que tem muito pouco ou nenhuma deformação e absorve pouca energia antes da fratura, dizemos que o material teve um comportamento frágil.
Resposta
Letra: d)
Exercício Resolvido #6
Elaboração própria
A ductilidade é uma propriedade do material que depende de quais fatores?
- Temperatura, taxa de deformação e do estado de tensão.
- Taxa de deformação, emissibilidade e biocompatibilidade.
- Temperatura, do estado de tensão e biocompatibilidade.
- Taxa de deformação, do estado de tensão e emissibilidade.
- Emissibilidade, temperatura e taxa de deformação.
Passo 1
A ductilidade do material depende da temperatura, da taxa de deformação (velocidade que produz a deformação) e do estado de tensão, isto é, caso mudamos a temperatura, por exemplo, podemos ter a mudança de comportamento do material de dúctil para frágil.
Resposta
Letra: a)
Exercício Resolvido #7
Elaboração própria
Por que abrimos mais facilmente o sache de mostarda na região ondulada do que na região plana?
Passo 1
Abrimos mais facilmente o sache de mostarda na região ondulada porque um pequeno rasgo ou entalhe atua como um amplificador de tensão, fazendo com que a força necessária para romper o material seja menor. Esta é uma característica básica da mecânica da fratura.
Resposta
Ei, a resposta está no passo a passo :)
Exercício Resolvido #8
Elaboração própria
O quê é a falha de um material e quais os principais mecanismos falha?
Passo 1
A falha é quando um material deixa de cumprir o seu papel, isto é, sua real função no qual foi projeto. Há três mecanismos principais de falha:
- Falha por fratura
- Falha por fadiga
- Falha por fluência
Resposta
Ei, a resposta está no passo a passo :)