Enunciado

Para a barra composta do P r o b .   2.10 6 , determinar a tensão residual em cada lâmina, se P cresce gradualmente desde zero até a deformação da barra atingir um valor máximo δ m   e então decresce até zero, quando:

  1. δ m = 0,621   m m ;
  2. δ m = 1,242   m m .

Passo 1

Nesse problema temos que definir qual são as tensões residuais. Dessa maneira teremos que seguir um passo a passo da seguinte maneira:

  • Os dados do aço temperado são:
  • A 1 = 8   .   50 = 400   m m 2

    A deformação limite para o aço temperado é dado por:

    δ r 1 = σ a d m L t e m p e r a d o E = 300   .   690 200000 = 1,035   m m

  • Os dados do aço doce são:

A 2 = 2   .   6   .   50 = 600   m m 2

A deformação limite para o aço temperado é dado por:

δ r 2 = σ a d m L t e m p e r a d o E = 300   .   250 200000 = 0,375   m m

A área total da seção é dada por:

A 1 + A 2 = A = 400 + 600 = 1000   m m 2

E com esses dados podemos começar a calcular as tensões residuais.

Passo 2

Sabemos que para o item A) temos que δ m = 0,621   m m , comparando com as deformações limites temos que:

δ r 2 < δ m < δ r 1

Ou seja, isso significa que o aço doce irá entrar em regime plástico, enquanto que o temperado irá permanecer no elástico, sabendo que o aço doce entrará em regime plástico, podemos definir que a máxima tensão que agirá nele é a tensão admissível do aço doce, sendo assim teremos que:

σ a d m = σ a ç o   d o c e = 250   M P a

Com isso podemos determinar a máxima força que age no aço doce usando a equação:

P a ç o   d o c e = A 2 σ a ç o   d o c e = 600   .   250 = 150000   N = 150   k N

Já a máxima força que age no aço temperado não usará a tensão admissível, mas a deformação máxima da estrutura, sendo assim teremos que:

P t e m p e r a d o = E A 1 δ m L = 200 .   400   . 0,621 300 = 165600   N = 165,6   k N

E como sabemos a carga, podemos definir a tensão que age no aço temperado, sendo assim teremos que:

σ t e m p e r a d o = 165,6 400 = 0,414   G P a = 414   M P a

E a tensão que age na estrutura vai depender da área máxima e da força máxima, por isso iremos precisar do seguinte:

P = 150 + 165,6 = 315,6   k N

A = 1000   m m 2

σ a t u a n t e = 315,6 1000 = 0,3156   G P a = 315,6   M P a

Agora ficou fácil definir a tensão residual, basta fazermos o seguinte:

σ r e s i d u a l   ( t e m p e r a d o ) = σ t e m p e r a d o - σ a t u a n t e = 414 - 315,6 = 98,4   M P a

σ r e s i d u a l   ( a ç o   d o c e ) = σ a ç o   d o c e - σ a t u a n t e = 250 - 315,6 = - 65,6   M P a

Passo 3

Sabemos que para o item B) temos que δ m = 1,242   m m , comparando com as deformações limites temos que:

δ r 2 < δ r 1 < δ m

Ou seja, isso significa que tanto o aço doce quanto o aço temperado irá entrar em regime plástico, sabendo que o aço doce e temperado entrará em regime plástico, podemos definir que a máxima tensão que agirá neles são as tensões admissível do aço doce e temperado, sendo assim teremos que:

σ a d m = σ a ç o   d o c e = 250   M P a

σ a d m = σ t e m p e r a d o = 690   M P a

Com isso podemos determinar a máxima força que age no aço doce usando a equação:

P a ç o   d o c e = A 2 σ a ç o   d o c e = 600   .   250 = 150000   N = 150   k N

P t e m p e r a d o = A 1 σ t e m p e r a d o = 400   .   690 = 276000   N = 276   k N

E a tensão que age na estrutura vai depender da área máxima e da força máxima, por isso iremos precisar do seguinte:

P = 150 + 276 = 426   k N

A = 1000   m m 2

σ a t u a n t e = 426 1000 = 0,426   G P a = 426   M P a

Agora ficou fácil definir a tensão residual, basta fazermos o seguinte:

σ r e s i d u a l   ( t e m p e r a d o ) = σ t e m p e r a d o - σ a t u a n t e = 690 - 426 = 264   M P a

σ r e s i d u a l   ( a ç o   d o c e ) = σ a ç o   d o c e - σ a t u a n t e = 250 - 426 = - 176   M P a

Resposta

a)

σ r e s i d u a l   ( t e m p e r a d o ) = 98,4   M P a

σ r e s i d u a l   ( a ç o   d o c e ) = - 65,6   M P a

b)

σ r e s i d u a l   ( t e m p e r a d o ) = 264   M P a

σ r e s i d u a l   ( a ç o   d o c e ) = - 176   M P a

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