MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECÂNICA – MAPA – 52_2024

MAPA – MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECÂNICA – 52_2024

 

M.A.P.A. MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECÂNICA

Seleção de materiais sujeitos a esforços mecânicos

 

Olá, aluno(a),

Tudo bem? Seja bem-vindo(a) à nossa atividade M.A.P.A. da disciplina Materiais de construção mecânica. Esta atividade tem como tema “Seleção de materiais para esforços mecânicos”. Nesta atividade você encontrará situações onde terá que aplicar os conhecimentos adquiridos durante a disciplina de Materiais de construção mecânica para a solução de alguns problemas.

As suas tarefas nesse M.A.P.A. serão:

Selecionar materiais adequados para as aplicações propostas.

Identificar falhas que ocorreram devido a escolha inadequada dos materiais.

 

Bom trabalho!

Profº Dário Machado Júnior

 

CONTEXTUALIZAÇÃO

 

Durante a disciplina de Materiais de construção mecânica conhecemos diversos materiais e vimos diversas possibilidades de aplicações para estes materiais, o que nos possibilita identificar situações em que os materiais estudados são adequados ou não, situações essas que podem envolver a resistência mecânica do material, ductilidade, resistência à corrosão, entre outras.

Nesta atividade você é o(a) engenheiro(a) responsável pela manutenção de uma  indústria e encontrará alguns cenários onde necessitará aplicar os conhecimentos adquiridos nas disciplinas de ciência dos materiais e na disciplina de materiais de construção mecânica.

Nesta indústria uma nova máquina inicia sua operação, e nos primeiros minutos ela para sua operação devido ao rompimento de uma peça metálica. Você analisou a máquina e concluiu que esta peça estava sujeita a um esforço de tração, e poderia realizar um ensaio de tração com o próprio material da peça, que possuía um volume grande. Ao realizar o ensaio de tração, você obteve o seguinte gráfico:

Figura 1 – Gráfico do Ensaio de Tração

Fonte: Autor, 2024

 

​O corpo de prova possuía seção circular, com diâmetro de 7mm. Se a carga máxima registrada pela máquina de tração foi de 17,5kN, qual é o limite de resistência à tração deste material? Trata-se de um material dúctil ou frágil? Se a área de seção da peça que você analisou possuí 2,8.10-4­m², e ela é submetida a uma carga de 142kN, qual deveria ser a resistência à tração mínima que esse material deveria possuir? (Coef. Seg. = 1,5)

 

1. b) Você será responsável pela implantação de um guincho e terá que selecionar o material de fabricação da corrente, sabendo que a carga máxima que este guincho terá que suportar é de 7ton, qual seria o diâmetro da corrente, sabendo que você deve utilizar um coeficiente de segurança de 4, e que o limite de resistência à tração do material é de 650Mpa? Neste exercício você deverá considerar todas as tensões atuantes no material, considere para o cálculo da tensão de cisalhamento, que o limite resistência do material ao cisalhamento é de 70% do limite de resistência à tração. Considere g=9,8m/s²

 

Figura 2 – Elo da corrente

Fonte: Autor, 2024

 

​c) Uma barra cilíndrica que compõe um equipamento está sujeita a um esforço de tração (60kN), devido à funcionalidade do equipamento, essa barra não pode se deformar mais que 0,2mm. Se a barra possui seção circular com 50mm de diâmetro e 1,25m de comprimento, qual deve ser o módulo de elasticidade mínimo desse material?

 

​d) Durante a inspeção de um eixo, você observou que o mesmo apresentava uma trinca e optou por substituí-lo, no entanto você não pode aumentar o diâmetro (6cm) do eixo devido a limitações de espaço do local, mas deve utilizar um coeficiente de segurança de 6. Seu primeiro passo para dimensionar o eixo foi observar a rotação de trabalho do motor (200rpm) e a potência do mesmo (80CV), então você conseguiu encontrar o Torque do motor utilizando a fórmula:

​Onde P é a potência do motor (em W), T é o torque (em N.m) e 𝜔 a rotação em (rad/s)

Os fabricantes com que você solicitou orçamento garantem as seguintes propriedades para tensão de cisalhamento no material, e você deve escolher entre um destes:

Tabela 1 – Propriedades do Material

Fonte: Autor, 2024

​Para este cálculo você deve utilizar a fórmula para cálculo da tensão máxima de torção:

​Onde T é o torque (em N.m), r é o raio (em m) e J é o momento de inércia polar (em m4), que em círculos é calculado de acordo com a seguinte fórmula:

​Lembrando que você deve utilizar um coeficiente de segurança de 6, neste caso este fator deve ser considerado no torque do eixo (o torque considerado para o cálculo do aço deverá ser 6 vezes maior que o torque encontrado através da fórmula P=T.𝜔). Qual ou quais aços dentre os que o fabricante fornece são adequados para a situação? Por quê?