Desenhe esquematicamente
gráfico de tensão
deformação de engenharia de um ensaio de tração típico de aço-carbono e indique os principais pontos característicos desta curva. Por que a tensão diminui para deformações além do limite de resistência?
Passo 1
Vamos resolver um exercício sobre o gráfico de tensão versus deformação em um ensaio de tração típico de aço-carbono. Vamos usar conceitos de mecânica dos materiais, especificamente sobre comportamento elástico e plástico dos materiais metálicos. Para isso, precisamos entender como os materiais reagem quando submetidos a forças de tração e identificar os principais pontos desse gráfico.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que é tensão e deformação. A tensão (
) é a força aplicada por unidade de área, medida em Pascals (Pa), e a deformação (
) é a mudança relativa no comprimento do material, sem unidade.
A relação entre tensão e deformação é representada pelo gráfico tensão-deformação, que nos mostra como o material se comporta sob carga.
Passo 3
No início do ensaio de tração, o aço-carbono se comporta de forma elástica, seguindo a Lei de Hooke, que diz que a tensão é proporcional à deformação:
onde
é o módulo de elasticidade do material.
Passo 4
À medida que a deformação aumenta, o material atinge o ponto de escoamento (ou limite de escoamento), onde ele começa a se deformar plasticamente. Nesse ponto, a deformação permanente ocorre mesmo que a carga seja removida.
Passo 5
Após o ponto de escoamento, o material entra na fase de endurecimento por deformação, onde a tensão necessária para continuar deformando o material aumenta. Isso acontece porque a estrutura interna do material se torna mais resistente após a deformação.
Passo 6
O ponto máximo do gráfico é chamado de limite de resistência ou tensão máxima (
). Esse é o valor máximo de tensão que o material pode suportar antes de começar a falhar.
Passo 7
Além do limite de resistência, ocorre a “necking” ou redução de área, onde a seção transversal do material diminui significativamente. Nessa fase, mesmo que a deformação continue aumentando, a tensão efetiva no material diminui.
Passo 8
A tensão diminui após o limite de resistência porque a regaço focaliza a deformação em uma área menor, reduzindo a área efetiva sobre a qual a força é distribuída. Assim, mesmo com aumento da deformação, a tensão média sofre uma queda.
Resposta
O gráfico de tensão versus deformação para um ensaio de tração de aço-carbono apresenta uma curva inicialmente linear (comportamento elástico), seguida pelo ponto de escoamento onde inicia a deformação plástica. Após isso, há um endurecimento por deformação até atingir o limite de resistência máximo. Além desse ponto, ocorre a redução de área (necking), fazendo com que a tensão diminua mesmo com o aumento da deformação.