Teste de tensão: como é feito, propriedades, exemplos - Ciência - 2023

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UMA teste de tensão É um teste experimental que é realizado em uma amostra de material para determinar o quão bem ele resiste às tensões de tração. Graças a ele, é possível conhecer muitas das propriedades mecânicas do material e determinar se ele é adequado para um determinado projeto.

A amostra é geralmente um cilindro chamado tubo de ensaio. Este é submetido a uma tensão, que consiste na aplicação de duas forças opostas nas pontas que esticam a barra e a deformam. O teste continua com esforços crescentes, até que a amostra finalmente se quebre.

Observe a magnitude das forças e a deformação que elas produzem no corpo de prova, desde pequenas forças que não causam deformação permanente, até a tensão que causa a quebra da peça.


Aí termina a recolha de dados e traça-se um gráfico tensão-deformação, que será utilizado para analisar o comportamento de materiais como metais, cerâmicas, cimento, madeira e polímeros.

O que é usado para o experimento de teste de estresse?

O experimento é realizado em máquinas especiais como a mostrada na figura 1, que fornecem o esforço necessário para carregar e descarregar o material para avaliar a deformação.

Já o corpo de prova é um tubo de seção transversal constante, cilíndrico, retangular ou quadrado, cujas dimensões são padronizadas. As extremidades são mais largas para facilitar a fixação no suporte de amostra, como visto na figura 2 à esquerda.

O comprimento inicial Lou a região calibrada é medida e marcada no tubo de ensaio. Em seguida, ele é preso à máquina de teste e a máquina de teste é iniciada.

Propriedades e dados obtidos

Os materiais apresentam diferentes comportamentos sob tensão, mostrados no gráfico a seguir, para os quais foi utilizado aço. As forças aplicadas no eixo vertical são denotadas pela letra grega σ e a deformação no eixo horizontal, chamada ε.


A deformação não tem dimensões, pois é o quociente entre a mudança no comprimento do corpo de prova ΔL = LF - EUou e o comprimento inicial. Então:

ε = ΔL / Lou

Por sua vez, a magnitude da tensão σ é a razão força / área da seção transversal.

No gráfico, duas regiões importantes são distinguidas: zona elástica e zona plástica.

Zona elástica

Quando a tensão de tração σ é pequena, a deformação é proporcional, o que é conhecido como lei de Hooke:

σ = Y ε

Uma vez que o esforço cessa, o corpo retorna às suas dimensões originais. Esta é a região elástica colorida na Figura 3, que se estende até o ponto denominado limite de proporcionalidade. Até agora, o material obedece à lei de Hooke.

A constante de proporcionalidade Y é o Módulo de Young, característica do material e que pode ser determinada a partir de ensaios de tração e compressão.


O módulo de Young possui unidades de pressão, no sistema internacional [Y] = N / m ^ 2 = Pa. A deformação, como já mencionado, é adimensional, portanto a tensão σ também possui dimensões de força por unidade de área da seção transversal e em SI sua unidade será o pascal: [σ] = N / m ^ 2 = Pa.

Do limite da proporcionalidade e do aumento da tensão, avança-se em uma região onde a deformação é reversível, mas não obedece à lei de Hooke. Termina no ponto a partir do qual o corpo fica permanentemente deformado, denominado limite elástico.

Zona de plástico

O material então entra na região de comportamento plástico. Uma vez que a zona de comportamento elástico é ultrapassada, o aço entra na região do Esforço cedendo ou fluência, em que o corpo de prova deforma, mas não quebra, embora a tensão permaneça constante em σY.

Uma vez que a zona de escoamento é ultrapassada, a deformação aumenta com a tensão aplicada, mas não mais de forma linear.

O material sofre mudanças a nível molecular e ocorre um endurecimento por deformação. Portanto, vemos que esforços crescentes são necessários para alcançar uma deformação.

O limite desta zona está no último esforço. O material é considerado quebrado neste ponto, embora a amostra ainda esteja inteira. A partir daí, a carga necessária para produzir a deformação é reduzida e a amostra se torna gradualmente mais fina (restrição) até que finalmente fratura (figura 2, à direita).

Essa curva e suas regiões são chamadas de tensão de fratura convencional. Mas acima dela está uma curva tracejada, chamada verdadeiro estresse de fratura, que é obtido registrando o comprimento real ou instantâneo do espécime, em vez de trabalhar com o comprimento original para encontrar a deformação, conforme explicado no início.

Ambas as curvas, a verdadeira e a convencional, coincidem na zona de pequenos esforços até a zona de escoamento. Em qualquer caso, está previsto que o material trabalhe na faixa elástica para evitar deformações permanentes que impeçam o bom funcionamento da peça fabricada.

Portanto, entre os dados mais importantes obtidos no teste está a tensão σY que define o limite elástico.

Exemplos de testes de tensão

O material usado como modelo na descrição acima é o aço, amplamente utilizado na construção e na indústria. Mas existem muitos materiais como concreto, concreto, vários metais, ligas e madeira, que também são usados ​​extensivamente.

Cada um possui uma curva tensão-deformação característica e, de acordo com sua resposta ao estresse ou tração, são classificados em duas categorias: frágeis ou dúcteis.

Materiais frágeis e dúcteis

No gráfico a seguir σ versus ε (estresse-tensão) materiais frágeis são comparados (frágil) e dúctil (dúctil), embora seja necessário esclarecer que um mesmo material pode ter uma ou outra resposta dependendo de fatores como a temperatura. Os materiais tendem a ser quebradiços em baixas temperaturas.

A diferença notável entre os dois é que o material frágil não tem ou tem uma região de rendimento muito pequena. Assim que excede o limite elástico, a amostra quebra. Por outro lado, os materiais dúcteis absorvem mais energia antes de se quebrar, pois possuem uma grande zona de plástico.

Ensaios de tração são úteis para classificar o material, sendo preferível o uso de materiais dúcteis dependendo da aplicação, pois absorvem mais energia e são capazes de se deformar muito antes da fratura.

Também deve ser notado que embora alguns materiais sejam frágeis sob tensão, eles podem resistir melhor a outras tensões, como veremos a seguir.

Resposta de vários materiais ao teste de estresse

–ferro fundido cinzento: quebradiço em tensão, mais resistente à compressão.

–Bronze: dúctil.

–Concreto: frágil dependendo do tipo de mistura, mas muito resistente à compressão. Quando vai ser tensionado necessita de reforço por meio de barras de aço.

–Madeira: dependendo da origem, é moderadamente dúctil.

–Aço: quebradiço quando possui alto teor de carbono.

–Metacrilato: dúctil com o aumento da temperatura.

Referências

  1. Beer, F. 2010. Mecânica dos materiais. McGraw Hill. 5 ª. Edição.
  2. Cavazos, J.L. Mecânica de materiais. Recuperado de: youtube.com.
  3. Hibbeler, R. 2011. Mecânica dos materiais. Oitava edição. Pearson.
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  5. Valera Negrete, J. 2005.Notas sobre Física Geral. UNAM.
  6. Wikipedia. Teste de tração. Recuperado de: es.wikipedia.org.