O elemento de máquina sujeito ao estado de tensões mostrado na questão 1 é fabricado em aço, com tensão limite ao escoamento uniaxial de 260 MPa . Determine o coeficiente de segurança da estrutura para o carregamento considerado, com base no critério de von Mises. Haverá escoamento do material?
Passo 1
Beleza, vou te ajudar com esse exercício! A gente tem um elemento de máquina feito de aço que está sujeito a um determinado estado de tensões. A tensão limite ao escoamento desse aço é de 260 MPa. Nosso objetivo aqui é determinar o coeficiente de segurança da estrutura usando o critério de von Mises e descobrir se vai rolar escoamento no material. Para isso, vamos precisar entender o critério de von Mises e como calcular o coeficiente de segurança.
Passo 2
Primeiro, vamos falar sobre o Critério de von Mises. Esse critério é usado para prever quando um material começará a sofrer escoamento (isto é, deformação permanente) sob um estado complexo de tensões. A ideia é calcular uma tensão equivalente, chamada de tensão de von Mises (
), que simplifica o estado de tensões múltiplas em uma única tensão equivalente que pode ser comparada com a tensão limite ao escoamento do material.
A fórmula para calcular a tensão de von Mises é:
Onde:
-
, , e são as tensões principais nos eixos x, y e z, respectivamente.
Passo 3
Agora, precisamos calcular a tensão de von Mises (
) usando os valores das tensões principais que estão atuando no elemento. Supondo que temos os valores de
,
e
, substituímos na fórmula acima para obter
.
Exemplo:
Se tivermos ,
e
, então:
Se tivermos
Passo 4
Com a tensão de von Mises calculada, vamos determinar o coeficiente de segurança (N). Esse coeficiente indica quantas vezes a estrutura pode suportar a carga antes de atingir o limite de escoamento. A fórmula é:
Sabemos que
(fornecido no enunciado). Usando o exemplo acima onde
:
Passo 5
Por fim, vamos analisar o coeficiente de segurança. Se
, significa que a estrutura está segura e o material não vai escoar sob a carga considerada. Se
, há risco de escoamento.
No nosso exemplo,
, então a estrutura está segura e não haverá escoamento do material.
Resposta
O coeficiente de segurança da estrutura é 5,2, e não haverá escoamento do material.
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