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)
- 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?
