Ensaios de Flexão e Dobramento

Ensaios de Flexão e Dobramento
• Introdução:
–Em algumas aplicações industriais, envolvendo materiais de alta
resistência, é muito importante conhecer o comportamento do
material quando submetido a esforços de flexão;
–Nesse tipo de ensaio uma barra simplesmente apoiada em cada
extremidade como uma viga é carregada transversalmente no centro
de seu comprimento até a falha ocorrer;
–É adotada principalmente para avaliar propriedades mecânicas de
materiais frágeis: tensão e flecha de ruptura;
–A maior vantagem sobre o ensaio de tração é a simplicidade de
fabricação do corpo de prova, que pode ter secção reta circular ou
quadrada.
Exemplo de uma curva resultante de um ensaio de flexão
• Flexão x Dobramento:
–Quando a força aplicada provoca somente uma deformação elástica no
material, dizemos que se trata de um esforço de flexão. Quando produz uma
deformação plástica, temos um esforço de dobramento;
–No fundo, flexão e dobramento são etapas diferentes da aplicação de um
mesmo esforço, sendo a flexão associada à fase elástica e o dobramento à
fase plástica;
–Em algumas aplicações industriais envolvendo materiais de alta resistência é
muito importante conhecer o comportamento do material quando submetido
a esforços de flexão. Nesses casos, o ensaio é interrompido no final da fase
elástica e são avaliadas as propriedades mecânicas dessa fase;
–Quando se trata de materiais dúcteis, é mais importante conhecer como o
material suporta o dobramento. Nesses casos, é feito diretamente o ensaio de
dobramento, que fornece apenas dados qualitativos.
• O aparato de ensaio:
–O ensaio de flexão e o ensaio de dobramento utilizam praticamente a
mesma montagem, adaptada à máquina universal de ensaios:
»dois roletes, com diâmetros determinados em função do corpo de prova, que
funcionam como apoios, afastados entre si a uma distância preestabelecida;
»um cutelo semicilíndrico, ajustado à parte superior da máquina de ensaios.
O ensaio de dobramento:
•
Consiste em dobrar um corpo de prova de eixo retilíneo e secção circular
(maciça ou tubular), retangular ou quadrada, assentado em dois apoios
afastados a uma distância especificada, de acordo com o tamanho do corpo de
prova, por meio de um cutelo, que aplica um esforço perpendicular ao eixo do
corpo de prova, até que seja atingido um ângulo desejado;
•
O valor da carga, na maioria das vezes, não importa. O ângulo determina a
severidade do ensaio e é geralmente de 90, 120 ou 180º;
•
Ao se atingir o ângulo especificado, examina-se a olho nu a zona tracionada,que
não deve apresentar trincas, fissuras ou fendas. Caso contrário, o material não
terá passado no ensaio.
Processos de dobramento:
•
Dobramento livre: É obtido pela aplicação de força nas extremidades do corpo
de prova, sem aplicação de força no ponto máximo de dobramento.
•
Dobramento semiguiado: O dobramento vai ocorrer numa região determinada
pela posição do cutelo.
Dobramento livre
Dobramento guiado
Ensaio de dobramento em corpos de prova soldados:
•
É realizado geralmente para a qualificação de profissionais que fazem solda
(soldadores) e para avaliação de processos de solda;
•
Na avaliação da qualidade da solda costuma-se medir o alongamento da face
da solda;
•
O resultado serve para determinar se a solda é apropriada ou não para uma
determinada aplicação.
O ensaio de flexão:
a) Se o material for dúctil, não haverá ruptura e a falha será por
escoamento;
b) Se o material for frágil, o corpo de prova se romperá.
• Outros dados que este ensaio fornece:
 Módulo de ruptura Mr: valor máximo das tensões de tração e compressão
nas fibras externas do corpo de prova:
Mr = M.c/I (N.mm-2)
M = momento fletor máximo (N.mm-2);
c = distância da linha neutra até a linha externa (mm);
I = momento de inércia da secção transversal do corpo de prova (mm4)
Obs: c é a metade da metade da altura do corpo de prova retangular e a
metade do diâmetro do corpo de prova cilíndrico.
Para uma secção circular:
Mr = 2,55.Fmax.L/d3
Para uma secção retangular:
Mr = 3.Fmax.L/2.b.h2
 Módulo de resistência da secção transversal (W): trata-se da medida de uma
resistência em função de um elemento. Corresponde à razão entre o momento de
inércia e a distância da linha neutra até a superfície do corpo de prova
W = I/c
c = distância da linha neutra até a linha externa (mm);
I = momento de inércia da secção transversal do corpo de prova (mm4)
 Tensão de flexão (Tf ): é a razão entre o momento fletor máximo e o módulo de
resistência:
σ = Mf/W
σ = M.c/I
σ = tensão
M = momento fletor máximo
I = momento de inércia da
secção reta transversal
c = distância entre a linha
neutra e a superfície do
corpo de prova
Secção retangular
Secção circular
 Módulo de elasticidade à flexão:
E = F. L3 /48. f. I
F = força aplicada;
L = comprimento do corpo de prova;
f = flecha medida para a força F aplicada no meio do vão.
 Tensão de flexão (Tf ): é a razão entre o momento fletor máximo e o módulo de
resistência:
σ = Mf/W
 Tensão x Deformação: A medida das flechas em relação às cargas aplicadas nos
permite traçar um gráfico de tensão x deformação do material, em que a tensão é
dada pelas mesmas fórmulas do módulo de ruptura:
Para uma secção circular:
σ = 2,55.Fmax.L/d3
Para uma secção retangular: σ = 3.Fmax.L/2.b.h2
• Considerações finais:
–Os resultados dos ensaios de flexão são afetados, sobretudo em
materiais frágeis, por fatores como o tipo e velocidade de aplicação
da força de ensaio, o comprimento do vão entre apoios e as
dimensões da secção transversal do corpo de prova.
EX: a força do ensaio aplicada no centro conduz a valores de
resistência à flexão mais elevados;
–Em provetes com a mesma secção e dimensão, quanto menor for a
distância entre apoios, mais elevado é o módulo de rotura obtido;
– Finalmente, do mesmo modo que na tração e na compressão,
quanto maior for a velocidade de aplicação da força, mais elevada é
a resistência à flexão.