Resistência de Materiais
Na engenharia dos materiais, a resistência dos materiais é a capacidade do material de resistir a uma força a ele aplicada. A resistência de um material é dada em função de seu processo de fabricação e os cientistas empregam uma variedade de processos para alterar essa resistência posteriormente. Estes processos incluem encruamento (deformação a frio), adição de elementos químicos, tratamento térmico e alteração do tamanho dos grãos. Estes métodos podem ser perfeitamente quantificados e qualificados. Entretanto, tornar materiais mais fortes pode estar associado a uma deterioração de outras propriedades mecânicas. Por exemplo, na alteração do tamanho dos grãos, embora o limite de escoamento seja maximizado com a diminuição do tamanho dos grãos, grãos muito grandes tornam o material quebradiço. Em geral, o limite de escoamento de um material é um indicador adequado de sua resistência mecânica.
O dimensionamento de peças, que é o maior objetivo do estudo da resistência dos materiais, se resume em analisar as forças atuantes na peça, para que a inércia da mesma continue existindo e para que ela suporte os esforços empregados. Para isso é preciso conhecer o limite do material. Isso pode ser obtido através de ensaios que, basicamente, submetem a peça ao esforço que ela deverá sofrer onde será empregada, a condições padrão, para que se possa analisar o seu comportamento. Esses dados são demonstrados em gráficos de tensão x deformação. A tensão em que nos baseamos é o limite entre o regime elástico e o plástico. Mas para fins de segurança é utilizado um c.s. (coeficiente de segurança) que faz com que dimensionemos a peça para suportar uma tensão maior que a tensão limite mencionada acima.
Tudo isso é necessário para que se obtenha total certeza nos resultados, já que pequenos erros podem acarretar grandes problemas mais adiante, isso se agrava mais ainda se estivermos falando de pessoas que podem ter suas vidas colocadas em perigo por um cálculo mal feito. A ciência de resistência dos materiais é também muito importante para que não se tenha prejuízos gastando mais material do que o necessário, acarretando também em outro problema que é o excesso de peso. Pois a forma da peça também influencia na sua resistência, assim pode-se diminuir a quantidade de material sem interferir na mesma.
Esforços mecânicos
Os esforços mecânicos são o principal foco da resistência dos materiais, pois todo o estudo gira em torno de como dimensionar uma peça ou elemento de máquina para que suporte os efeitos que os esforços mecânicos gerados por uma estrutura geral ou específica estarão atuando sobre a mesma. Cada tipo de esforço possui uma forma específica de ser analisado, estudado e calculado. Para isso, é necessário utilizar-se dos conhecimentos de um dos ramos da Física: a estática, para que o equilíbrio de forças demonstre o que acontecerá com dada peça de determinado material quando submetida a certo tipo de esforço. Os cálculos de esforço mecânico estão profundamente conectados com cálculos geométricos, envolvendo estudos de secções transversais de materiais, trazendo conceitos como: momento de inércia, módulo de resistência, raio de giração. Estes conceitos estão interligados com os cálculos de análise de tensões, sendo a junção de conceitos geométricos, estática e dados referentes ao material que surge o cálculo de dimensionamento, onde procura-se desenvolver um elemento capaz de resistir a todos os esforços que estarão sendo aplicados nele durante o funcionamento da máquina, estrutura ou em qualquer lugar onde ele seja submetido a esforços.São os esforços mecânicos:
- Tração
- Compressão
- Cisalhamento
- Flexão
- Torção
- Flexo-Torção
- Flambagem
Tração (física)
Na física, a tração (AO 1945: tracção) é a força aplicada sobre um corpo numa direção perpendicular à sua superfície de corte e num sentido tal que, possivelmente, provoque a sua ruptura.Uma peça estará sendo tracionada quando a força axial aplicada estiver atuando com o sentido dirigido para o seu exterior. A tração faz com que a peça se alongue no sentido da força e fique mais fina, com menor seção transversal, pois teoricamente, seu volume deve manter-se constante.
Um exemplo simples de corpo submetido aos esforço de tração é o do cabo dos elevadores, tracionado pelo peso do elevador e de seus ocupantes e pelo motor e aparatos que o puxam ou mantém estático em determinada posição.
O esforço de tração causa uma reorganização na estrutura molecular da peça movimentando os átomos a fim de se agruparem o máximo possível até um certo limite. Isso ocorre devido ao deslocamento de moléculas que se alojam nas “imperfeições” causadas no momento da solidificação, estas “imperfeições” são chamadas de contorno de grão e são melhor estudadas na ciência de ensaio dos materiais.
Na resistência dos materiais, o objetivo é não permitir que isso aconteça, trabalhando sempre no regime elástico do material. Neste regime, a peça trabalha sem deformar-se permanentemente, pois ao ser encerrada a ação da força, retorna à sua conformação original. Para isso, são feitos cálculos utilizando o limite entre as duas deformações com um c.s. (coeficiente de segurança) para que não haja risco de acidentes, sendo projetada assim uma peça que suporte uma força maior que a mínima.
Basicamente, a tração trata-se de utilizar um corpo e exercer sobre ele esforços com sentidos opostos, tracionando-o. Na seção transversal do corpo surge um esforço, chamado de tensão, no caso: tensão de Tração. Ao considerarmos o corpo homogêneo, a tensão de tração será uma tensão constante em toda a seção transversal e sera calculada pela Força que gerou esta tensão, dividida pela área da seção transversal considerada. Considerando o sistema de unidades Internacional, teremos a Tensão expressa em N/m2, ou Pa (Pascal).
De forma a determinar o comportamento dos corpos face à força de tração realiza-se o chamado ensaio de tração em que o objeto a ser estudado é colocado num equipamento apropriado que o submete a forças sucessivamente mais significativas até obter o desmembramento do mesmo, sendo elaborados gráficos que refletem o comportamento do material ao longo deste processo.Simplificado e a força aplicada que tende alonga a peça.
Compressão física
Compressão física é o resultado da aplicação de uma força de compressão a um material, resultando em uma redução em seu volume, ou, como tratado em resistência dos materiais e engenharia, uma redução de uma de suas dimensões, axial com a atuação da força, e um aumento da seção transversal a este mesmo eixo, quando a deformação da peça nesta direção é permitida, pois deve-se considerar que teoricamente, neste caso, seu volume mantenha-se constante. Um exemplo característico de objeto submetido a esforços de compressão são as colunas dos prédios, que recebem, com a mesma direção de seu eixo, as cargas acima delas.A compressão ocorre quando a força axial aplicada estiver atuando com o sentido dirigido para o interior da peça. Por exemplo, uma pequena chapa de aço engastada em uma morsa, sendo gradativamente comprimida pelos dois engastes, estará recebendo forças com direções opostas, porém, apontando para seu interior. Com isso, a peça sofre deformações. Em um primeiro momento, sofre uma deformação elástica, porém, quando atinge sua tensão de escoamento, a peça passará a entrar em sua deformação plástica, ou seja: o material estará sendo deformado permanentemente, ao contrário do regime elástico, onde a organização atômica volta ao estado onde se encontrava no início. A compressão pode ser denominada como tal quando a peça estiver sendo "empurrada", ao contrário da tração, onde ela está sendo "puxada".
A compressão tem muitas implicações na resistência dos materiais, na física e na engenharia estrutural, pelo fato da compressão produzir quantidades consideráveis de stress e tensão.
Induzindo a compressão, propriedades mecânicas, tais como a força de compressão ou o módulo de elasticidade, podem ser medidos. Os cientistas podem utilizar máquinas para induzir a compressão. Este tipo de experimento é chamado de ensaio de compressão, que é utilizado para comprovar as características mecânicas de uma peça, descobrindo assim a que tensão ela sofrerá ruptura. Caracterizam-se como ensaios destrutivos, uma vez que a peça fica normalmente inutilizada após o ensaio.
Tensão de cisalhamento
Tensão de cisalhamento, tensão tangencial, ou ainda tensão de corte ou tensão cortante é um tipo de tensão gerado por forças
aplicadas em sentidos iguais ou opostos, em direções semelhantes, mas
com intensidades diferentes no material analisado. Um exemplo disso é a
aplicação de forças paralelas mas em sentidos opostos, ou a típica
tensão que gera o corte em tesouras.
Um fluido é uma substância que se deforma continuamente quando submetida a uma tensão de corte, não importando o quão pequena possa ser essa tensão.
Uma força de corte é a componente tangencial da força que age sobre a superfície e, dividida pela área da superfície, dá origem à tensão de corte média sobre a área quando a área tende a um ponto.
Obtém-se deformação na atuação de uma força tangencial a uma superfície.
Exemplo: Duas placas tectônicas, uma para cima ou para baixo e a outra imóvel, ambas paralelas. Mas este exemplo não é utilizado em Tensão de corte;
é apenas um exemplo para melhor entendimento, e isso também não ocorre
na natureza (As placas movimentam-se sempre em outra direcção,
adicionalmente e raramente estão paralelas).
Este tipo de tensão é chamada também de tensão cisalhante, conforme costume do corpo técnico brasileiro atual. Em diversos livros de ensino superior de engenharia este tipo de tensão tem destaque especial na determinação e dimensionamento de estruturas isostáticas e isóbaras, às vezes isócronas. O círculo de Mohr, assim designado em honra de Christian Otto Mohr, um engenheiro civil
que dedicou sua vida ao estudo de tensões cisalhantes em rochas sãs e
mais tarde em solos, facilita imensamente a determinação deste tipo de
tensões a partir da tensões normais ortogonais ao plano normal.
Em mecânica dos solos,
as tensões cisalhantes são as responsáveis pelas rupturas em encostas,
vales, depressões, senos, barragens e outras solicitações geomecânicas
do solo sedimentar jovem. Solos argilosos não podem ter este tipo de
analise simplificado pois as micro argilas, isto é, os argilo-minerais
possuem uma camada de água que os envolve, de tal modo que as
solicitações mecânicas do material são suportadas pela água
constituinte.
Em topografia, a correlação de erros numa determinada poligonal
é fato crucial. Erros podem ser reduzidos quando a estação total (ou
não) é instalada em pontos seguros do terreno, escolhidos de acordo com a
tensão cisalhante da rocha
sã. Este procedimento é muito empregado em levantamentos rodoviários
trans-estaduais, ou seja, de grande extensão territorial e
mercadológica.
No contexto histórico, a tensão cisalhante já foi muito contestada,
inclusive por décadas foi tida como inexistente. Sua comprovação deve-se
a Terzaghi (pai da Mecânica dos solos) que fez inúmeros ensaios com solos na década de 1930, onde correlacionou diversos aspectos solistas com as tensões cisalhantes calculadas teoricamente.Flexão (física)
Na mecânica, flexão é um esforço físico onde a deformação ocorre perpendicularmente ao eixo do corpo, paralelamente à força atuante.
A linha que une o centro de gravidade de todas as seções transversais constitui-se no eixo longitudinal da peça, e o mesmo está submetido a cargas perpendiculares ao seu eixo. Este elemento desenvolve em suas seções transversais o qual gera momento fletor.
Momento fletor: O momento fletor representa a soma algébrica dos momentos relativas a seção YX, contidos no eixo da peça, gerados por cargas aplicadas transversalmente ao eixo longitudinal. Produzindo esforço que tende a curvar o eixo longitudinal, provocando tensões normais de tração e compressão na estrutura.
Em engenharia se denomina flexão ao tipo de deformação que apresenta um elemento estrutural alongado em uma direção perpendicular a seu eixo longitudinal. O termo "alongado" se aplica quando uma dimensão é dominante frente às outras. Um caso típico são as vigas, as que estão projetadas para trabalhar, principalmente, por flexão. Igualmente, o conceito de flexão se estende a elementos estruturais superficiais como placas ou lâminas.
A característica mais proeminente é que um objeto submetido a flexão apresenta uma superfície de pontos chamada linha ou eixo neutro tal que a distância ao longo de qualquer curva contida nela não varia em relação ao valor antes da deformação. O esforço que provoca a flexão se denomina momento fletor.Torção
O termo torção pode se referir a:
Na medicina:
Torção testicular:
Na torção testicular o funículo espermático, estrutura que fornece suprimento sanguíneo para o testículo, é torcido, cortando a vascularização. Uma torção testicular prolongada pode resultar em morte do testículo e dos tecidos que o envolvem.
Síndrome da dilatação vólvulo-gástrica:
Síndrome da Dilatação-Vólvulo Gástrico (Gastric Dilatation-Volvulus - GDV) é uma deficiência proveniente do mau posicionamento do estômago de cães. Requer pronto atendimento cirúrgico e clínico.
Na física e engenharia:
Torção física:
Torção é a deformação de um sólido em que os planos vizinhos (transversais a um eixo c) sofrem, cada um deles, um deslocamento angular relativo aos outros planos, ou seja, é a deformação que um objecto sofre quando se lhe imprime um movimento de rotação, fazendo-se girar em sentido contrário as suas partes constituintes.
Denomina-se torção nos fio número de voltas do fio em torno do seu próprio eixo, por uma unidade de comprimento;
ex.: T/"(torção por polegada), T/m , T/cm etc.
Quando uma peça, normalmente cilindrica, sofre o efeito de um torque e uma força resistente, ela tende a sofrer torção. As deformações causadas a uma peça que sofre torção são deslocamentos angulares de uma seção em relação a outra.
Torção mecânica:
Pertence ao campo da Mecânica dos Sólidos, torção é a tensão que ocorre quando é aplicado momento sobre o eixo longitudinal de um elemento construtivos ou prisma mecânico, como podem ser eixos ou, em geral, elementos onde uma dimensão predomina sobre as outras duas, ainda que é possível encontrá-la em situações diversas.
A torção se caracteriza geometricamente por qualquer curva paralela ao eixo da peça e deixa de estar contida no plano formado inicialmente pelas duas curvas. Em lugar disso uma curva paralela ao eixo se retorce ao redor dele.
Flexo-torção
Flexo-torção é o termo utilizado quando uma peça está submetida a dois tipos de esforços: flexão e torção.Um membro estrutural submetido a carregamentos combinados pode com freqüência ser analisado superpondo-se as tensões e deformações causadas por cada carregamento agindo separadamente.
A figura mostra um desenho esquemático de um tubo sob flexo-torção e apresenta em detalhe o estado de tensões teórico para o ponto de maior solicitação.
Há vários elementos os quais sofrem esforços combinados de tração e torção, podemos destacar eixos de transmissão.
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