Enunciado
Mecânica e Resistência dos Materiais - Resistência dos materiais - 7ª Edição - Russel C. Hibbeler- Ed: 7º - Capítulo 4.Problemas - Ex. 109
Determine o alongamento da barra no Problema quando são removidos tanto a carga quanto os apoios.
Passo 1
OBS: o enunciado tem um erro fatal! Procurar para o escoamento de torna o resto da questão trivial. Resolva procurando para o escoamento da seção ! Relaxa que vai ficar tudo claro!
Uma barra horizontal entre suportes rígidos em e sofre um carregamento para esquerda em .
Características da barra:
- Limite de escoamento:, . (Gráfico)
- Módulo de elasticidade: . (Gráfico)
- Área transversal: .
- Comprimentos iniciais: , .
- Material elastoplástico.
Primeiro temos que achar qual o menor valor necessário para a carga que faça a seção escoar.
Aí a questão pede que tiremos o carregamento e os suportes para ver o quanto a barra se alonga (aumenta).
Uma coisa de cada vez. O menor valor para causar o escoamento de é no instante em que a tensão em atingir o limite de escoamento . Vamos atrás disso então!
Passo 2
Antes de sair fazendo conta, vamos pensar um pouco: já dá pra descobrir qual seção escoa primeiro?
Bem, a ação da força vai deslocar algum comprimento para esquerda. Isso vai deformar as seções, comprimindo e esticando o mesmo comprimento! A definição de deformação é pegarmos justamente esse deslocamento e dividirmos pelo tamanho inicial:
Aí que vem a sacada! Perceba que ! Como é o mesmo , temos que sempre
Show! Então a seção sempre escoa primeiro, porque ela chega na deformação antes!
Por causa dessa sacada, a gente não precisa conferir nada de regime elástico! Quando entrar no regime plástico, a seção já vai ter escoado!
Agora vamos ver como ficam as forças com a barra inteira em regime plástico!
Passo 3
Beleza, então depois desse blá blá blá todo, vamos pras contas!
Estamos procurando uma força (), então vamos ver como está o equilíbrio. Só tem uma direção, as reações e vão resistir o carregamento.
Queremos o valor de quando a seção começa a escoar. Então a reação que está tracionando tem que gerar uma tensão
Pela fórmula da tensão, já podemos achar
Como vimos no Passo 2, quando escoar, a seção já vai estar em regime plástico. O material é elastoplástico, então a tensão se mantém sendo
De novo, pela fórmula da tensão:
Passo 4
Já matamos a primeira parte da questão!
Isso é tudo que nos interessa a respeito da barra estar carregada:
- : regime plástico, compressão, .
- : regime plástico, tração, .
Agora bora ver o que acontece quando tiramos o carregamento e os suportes!
Passo 5
Vamos com calma para não se perder! Podemos tratar a questão primeiro tirando só o carregamento e depois tirando os suportes! Princípio da superposição é uma beleza!
Quando a força for retirada, ocorrerá um pouco de recuperação elástica da barra. Porém, os apoios irão resistir essa recuperação, e teremos tensões residuais como resultado disso tudo.
O jeito fácil é pensar com o princípio da superposição: imagine uma força contrária ao carregamento, ou seja, empurrando para direita em ! A recuperação é elástica, então precisamos resolver o problema no regime elástico para descobrir quais forças são induzidas.
Vamos marcar como essas forças da recuperação. Vejamos a compatibilidade dos deslocamentos.
Para não se confundir, veja na figura como ficam as forças internas na recuperação elástica.
De novo, vamos com o princípio da superposição. Olhe para o ponto .
- O carregamento puxa a seção para direita, movendo para direita um comprimento .
- A reação empurra a barra toda ( para esquerda, então vai para a esquerda um comprimento
Como o apoio é rígido em (não se move), esses efeitos tem que se anular:
Estamos tratando de regime elástico. Relação carga-deslocamento
Passo 6
Beleza, vamos resumir o que ocorreu com a seção . A seção foi esticada (positivo) com quando tínhamos carregamento , e depois foi comprimida (negativo) quando tiramos o carregamento (efeito de . A força que sobra é
Essa é a força responsável pela tensão residual na barra depois que tirarmos ! Não precisamos calcular nada de nem nada disso, porque quanto não tem mais carregamento, a força em tem que ser a mesma que em (equilíbrio!).
Agora é muito simples! Essa força está comprimindo a barra, se tirarmos ela, é óbvio que a barra vai alongar. E o comportamento é elástico para (só é plástico a partir de ).
Resposta
Carga: .
Alongamento após retirada da carga e apoios: .