Introdução às fraturas

Teoria Completa

E aiiiii pessoal!!! Tudo tranquilo com vocês?

Você já teve um incomodo ao tentar abrir um pacote de amendoim e não conseguir?

Provavelmente você notou que quando um rasgo é feito na aresta do pacote, como mostra a figura abaixo, menor é a força necessária para rasgar e abrir a embalagem.

Esse fenômeno está relacionado com uma característica básica da mecânica da fratura: quando um pequeno rasgo ou entalhe existe em uma extremidade a tensão de tração aplica é amplificada, ou seja, menor será a força de tração necessária para romper o material. Esse rasgo ou entalhe é o que chamamos de concentrador de tensão.

Mas, caaaalma! Pois veremos detalhadamente sobre isso quando falarmos de mecânica da fratura!

Antes de falarmos sobre fraturas é importante salientarmos que fratura é um tipo de falha!

Afinal, o que é uma falha?

Em nosso dia a dia muitas vezes algo falha, isto é, deixa de cumprir sua real função. Por exemplo: se ao escrevemos em nosso caderno com o lápis e o mesmo quebra a ponta, podemos dizer que o lápis falhou em sua função de escrever. Outro exemplo é quando armazenamos água em nossa garrafinha e colocamos em nossa mochila. Quando chegamos à faculdade notamos que nosso material está todo molhado. Isso significa que a garrafinha falhou na sua função de armazenar nossa água. Logo, a falha faz parte do nosso dia a dia.

Entretanto, quando falamos de falhas em materiais de engenharia estas quase sempre são indesejáveis por varias razões: vidas humanas colocadas em risco, perda econômicas, indisponibilidade do produto ou serviço, entre outras.

Muitas vezes conhecemos as causas das falhas e o comportamento do material, porém, é uma tarefa difícil garantir a prevenção das falhas. As causas comuns são a seleção e o processamento inadequado do material, má utilização, projeto inadequado.

Os materiais podem falhar por diversos mecanismos. Veremos os principais:

  • Fratura
  • Fadiga
  • Fluência

A fratura consiste na separação do material em duas partes, em resposta a uma tensão estática (tensão constante ou que varia muito lentamente com o tempo) imposta e em temperaturas que são baixas em relação à temperatura de fusão do material.

Para os metais há dois modos de fratura: a dúctil e a frágil. Essa classificação está baseada na habilidade que o material apresenta de deformar plasticamente, ou seja, quanto mais deformação plástica e absorção de energia antes da fratura o material suporta, dizemos que ele apresentou um comportamento dúctil. Do mesmo modo, quando o material tem muito pouco ou nenhuma deformação e absorve pouca energia antes da fratura, dizemos que o material teve um comportamento frágil.

A ductilidade pode ser expressa como alongamento percentual:

% A L = l f - l 0 l 0 ∙ 100

Porém, a ductilidade é uma função temperatura do material, da taxa de deformação e do estado de tensão. Assim, depende dos valores dessas três variais o material pode mudar de um comportamento dúctil para frágil. Mas fiquem tranquilos, pois veremos isso mais adiante!

Duas etapas ocorrem para que uma fratura ocorra: nucleação e propagação da trinca. Veremos cada uma dessas quando tratamos da fratura frágil e dúctil.

Vamos praticar um pouco?

Expandir

Exercício Resolvido #1

Estácio

É responsabilidade do engenheiro projetista se assegurar que o componente idealizado não sofra falhas que resultem em fraturas e que trabalhe dentro das tolerâncias de variações dimensionais determinadas no projeto. Para tanto, é necessário que este profissional conheça os diversos tipos de fratura e suas causas. Entre as opções a seguir, identifique aquela que NÃO corresponde a um tipo de fratura.

  1. Fratura por intensificação do campo de tensões devido a defeitos.
  2. Fratura por ressonância magnética.
  3. Fratura por fadiga.
  4. Fratura por sobrecarga.
  5. Fratura devido a altas taxas de deformações.
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Passo 1

A única alternativa que NÃO corresponde a um mecanismo de fratura é a alternativa b).

Resposta

Letra: b)

Exercício Resolvido #2

Estácio

O gráfico tensão-deformação de engenharia presente revela as diversas fases de deformação pelas quais um corpo de prova de seção reta circular passa ao ser submetido a uma carga de tração gradativamente crescente. Considerando o fenômeno físico que originou o gráfico e suas características, só NÃO podemos afirmar:

  1. O ponto B representa a maior tensão suportada pelo material.
  2. O limite de resistência a tração do corpo é representado pelo ponto C.
  3. O ponto A representa a tensão de escoamento do material.
  4. O ponto B que nos interessa para representar o máxima resistência à tração.
  5. O ponto C representa a ruptura do corpo de prova.
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Passo 1

No gráfico de tensão-deformação de engenharia, para um material dúctil, vemos três pontos de interesses: ponto A, limite de escoamento do material, ponto B, o limite de resistência a tração e é nesse ponto que o material começa a estricção e ponto C limite de ruptura. Portanto, a letra b) está incorreta.

Resposta

Letra: b)

Exercício Resolvido #3

Estácio

Os materiais estruturais são projetados para funcionar no regime de deformação elástica, ou seja, cessado o estímulo da deformação, o corpo retorna às suas dimensões originais, previstas no projeto. Quando um componente estrutural passa a apresentar deformação plástica (aquela que não desaparece com o cessar do estímulo), provavelmente perdeu suas características dimensionais necessárias ao funcionamento de uma estrutura maior no qual se encontra inserido, como mostrado na figura a seguir .

Com relação ao exposto e considerando a figura anterior, determine qual o tipo de fratura provavelmente exemplicada.

  1. Fratura por fadiga.
  2. Fratura por sobrecarga.
  3. Fratura por altas taxas de deformação.
  4. Fratura por intensificação do campo de tensões devido a defeitos.
  5. Fratura por ressonância magnética.
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Passo 1

Quando um material sofre deformação plástica, como o da figura, dizemos que a fratura ocorreu por sobrecarga.

Resposta

Letra: b)

Exercício Resolvido #4

Elaboração própria

Quais são os dois modos de fratura?

Marque a alternativa correta.

  1. Fadiga e dúctil.
  2. Fadiga e frágil.
  3. Fluência e fadiga.
  4. Frágil e dúctil.
  5. Frágil e fluência.
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Passo 1

A fratura consiste na separação do material em duas partes e existe dois modos: dúctil e frágil.

Resposta

Letra: d)

Exercício Resolvido #5

Elaboração própria

A classificação dos dois modos de fratura está baseada em qual habilidade que o material possui?

  1. Coeficiente de dilatação.
  2. Condutibilidade elétrica.
  3. Emissibilidade.
  4. Deformação plástica.
  5. Biocompatibilidade.
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Passo 1

A classificação dos dois modos de fratura está baseada na habilidade que o material tem de deforma-se plasticamente antes de falhar. Assim, quanto mais deformação plástica e absorção de energia antes da fratura o material suporta, dizemos que ele apresentou um comportamento dúctil. Do mesmo modo, quando o material que tem muito pouco ou nenhuma deformação e absorve pouca energia antes da fratura, dizemos que o material teve um comportamento frágil.

Resposta

Letra: d)

Exercício Resolvido #6

Elaboração própria

A ductilidade é uma propriedade do material que depende de quais fatores?

  1. Temperatura, taxa de deformação e do estado de tensão.
  2. Taxa de deformação, emissibilidade e biocompatibilidade.
  3. Temperatura, do estado de tensão e biocompatibilidade.
  4. Taxa de deformação, do estado de tensão e emissibilidade.
  5. Emissibilidade, temperatura e taxa de deformação.
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Passo 1

A ductilidade do material depende da temperatura, da taxa de deformação (velocidade que produz a deformação) e do estado de tensão, isto é, caso mudamos a temperatura, por exemplo, podemos ter a mudança de comportamento do material de dúctil para frágil.

Resposta

Letra: a)

Exercício Resolvido #7

Elaboração própria

Por que abrimos mais facilmente o sache de mostarda na região ondulada do que na região plana?

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Passo 1

Abrimos mais facilmente o sache de mostarda na região ondulada porque um pequeno rasgo ou entalhe atua como um amplificador de tensão, fazendo com que a força necessária para romper o material seja menor. Esta é uma característica básica da mecânica da fratura.

Resposta

Exercício Resolvido #8

Elaboração própria

O quê é a falha de um material e quais os principais mecanismos falha?

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Passo 1

A falha é quando um material deixa de cumprir o seu papel, isto é, sua real função no qual foi projeto. Há três mecanismos principais de falha:

  • Falha por fratura
  • Falha por fadiga
  • Falha por fluência

Resposta

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