Propriedades Mecânicas e o Diagrama Tensão-Deformação

Produzido por Pablo Ricardo
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Teoria

Opaaa, seja bem vindo ao Responde Aí! Bora conhecer o Gráfico Tensão de Deformação?!

Ensaio de Tração

Antes de qualquer coisa a gente precisa falar do Ensaio de Tração! Na Resistência dos Materiais, o nosso objetivo é descobrir em que condições as coisas falham. Para isso, precisamos calcular as tensões e deformações nas peças, além de conhecer como os materiais se comportam quando submetidos a essas tensões e deformações!

Um passo super importante nessa descoberta é o ensaio de tração.

Ensaio de Tração
Ensaio de Tração

Nele, um pequeno corpo de prova, feito do material que estiver sendo estudado, é colocado em uma máquina que vai gradualmente tracionando esse corpo, até ele quebrar, como podemos observar acima.

Mas o mais interessante é que a máquina em que é feito o ensaio de tração registra continuamente a força aplicada e a variação de comprimento correspondente no corpo de prova. E é com esses dados que a gente pode montar o gráfico Tensão x Deformação!

Diagrama Tensão-Deformação

O Diagrama Tensão-Deformação é um gráfico que relaciona a tensão na qual o material é submetido e a deformação sofrida . Na figura abaixo podemos ver a carinha dele:

Gráfico Tensão de Deformação
Gráfico Tensão de Deformação

No gráfico acima a gente pode observar como se comporta vários materiais quando submetidos à tração… por enquanto essas curvas podem não fazer nenhum sentido pra você! Mas hoje a gente vai entender cada aspecto desse gráfico!

Ahh…a tensão do eixo é obtida dividindo força aplicada, ao corpo de prova, pela área da sua secção transversal!

Região Elástica e o Módulo de Elasticidade

A primeira coisa que conseguimos observar, é que todos os materiais mostrados no gráfico a cima tem uma região linear!

Região Elástica
Região Elástica

Essa região onde a deformação varia linearmente com a tensão aplicada é chamada de região elástica ou região linear-elástica. Nessa região, os materiais se comportam de acordo com a Lei de Hooke e as deformações são reversíveis, ou seja, a deformação some quando o material deixa de ser carregado!

O que faz total sentido, afinal quando a gente estica um elástico e solta, ele volta ao seu tamanho original! 😱 😉

Nessa região, o módulo de elasticidade de um material vai ser igual à tangente do ângulo de inclinação da região elástica desse material:

Região Elástica
Região Elástica

Região Plástica

Após a região elástica, existe uma segunda região, chamada de região plástica! Se liga só:

Região Plástica
Região Plástica

É bom a gente ter em mente que alguns materiais que só possuem região elástica ou só possuem região plástica. O vidro é um exemplo de material que só possui região elástica!

Na região elástica, as deformações:

  • Deixam de ser elásticas, ou seja, reversíveis e descritas pela Lei de Hooke;
  • E passam a ser plásticas, isso é irreversíveis, e são descritas somente pelo Diagrama Tensão-Deformação.

Resistência ao Escoamento

Quando os materiais se deformam irreversivelmente, a gente fala que eles escoaram. Como, em muitas situações, a gente quer evitar esse escoamento, precisamos definir a tensão máxima que pode ser atingida pelo material antes dele escoar. Essa tensão máxima é chamada de Resistência ao Escoamento, ou Tensão de Escoamento e é representada por :

Resistência ao Escoamento
Resistência ao Escoamento

Você também pode conferir esse conteúdo em vídeo:

Limite de Resistência a Tração

Às vezes, permitimos que os materiais se deformem plasticamente, mas ainda precisamos garantir que a tensão no material não vai superar a tensão máxima que ele consegue aguentar.
Essa tensão máxima é chamada de Limite de Resistência a Tração, é representada por á ou , e é dada pelo ponto mais alto de cada diagrama:

Limite de Resistência a Tração de diferentes materiais
Limite de Resistência a Tração de diferentes materiais

Estricção ou Necking

Alguns materiais tem uma queda de tensão no final de seus diagramas, indicada pela cor vermelha na figura abaixo:

Gráfico Tensão de Deformação: Empescoçamento
Gráfico Tensão de Deformação: Empescoçamento

O que acontece é que esses materiais, ao passarem das suas tensões máximas σ_máx, sacrificam uma parte deles para se deformarem mais ainda:

Empescoçamento
Empescoçamento

O nome correto desse efeito é estricção. Mas você pode entender ele como um “empescoçamento” (do inglês, necking). Quando esse efeito acontece, o pescoço da peça se deforma tanto que ele acaba aliviando a deformação no resto da peça, causando a queda de tensão. Apesar disso, a tensão no pescoço em si só aumenta a medida que ele fica mais fino, e, eventualmente, a peça se rompe.

Tensão de Ruptura

Por fim, além de e á, existe um valor de tensão não muito usado, mas que ainda existe, que é a tensão de ruptura . Ela é a tensão no último ponto do diagrama tensão-deformação do material, que é o ponto em que o material se rompe de vez:

Tensão de Ruptura
Tensão de Ruptura

Materiais Dúcteis e Frágeis

Observando os exemplos que usamos, podemos classificar os materiais em dúcteis e frágeis!

Materiais Dúcteis

Os materiais dúcteis são capazes que sofrer grandes deformações antes de se romperem:

Diagrama de Materiais Dúcteis
Diagrama de Materiais Dúcteis

Esse nome vem da ductilidade, que é a propriedade que alguns desses materiais tem de poderem ser estirados no formato de um fio. Os materiais que sofrem estricção (“empescoçamento”) são sempre dúcteis.

Materiais Frágeis

Os materiais frágeis sofrem ruptura após pequenas deformações:

Gráfico Tensão de Deformação: Materiais frágeis
Gráfico Tensão de Deformação: Materiais frágeis

Nos materiais frágeis o Limite de Resistência a Tração á é igual à tensão de ruptura .
Apesar do nome, os materiais frágeis ainda podem ter uma resistência á alta, como é o caso de alguns materiais cerâmicos. Além disso, muitos materiais frágeis têm uma resistência à compressão bem maior que a sua resistência à tração, como é o caso do concreto.

Agora vamos praticar com exercícios?

Materiais Dúcteis e Frágeis

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