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QUESTÃO & Valor: 1,0 \
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Quanto à fratura dos materiais metálicos:
a) explique a relação entre a espessura, o estado de tensão e a tenacidade em um corpo de prova com trinca;
b) compare a aplicação dos resultados de um ensaio Charpy com a dos resultados de um ensaio de tenacidade à fratura do tipo
. Justifique.
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Quanto à fratura dos materiais metálicos: |
a) explique a relação entre a espessura, o estado de tensão e a tenacidade em um corpo de prova com trinca; |
b) compare a aplicação dos resultados de um ensaio Charpy com a dos resultados de um ensaio de tenacidade à fratura do tipo
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Passo 1
O enunciado trata da fratura em materiais metálicos e pede duas coisas: explicar como a espessura de um corpo de prova com trinca afeta o estado de tensão ao redor do defeito e, consequentemente, a tenacidade aparente; e comparar o uso dos resultados do ensaio Charpy com os resultados de um ensaio de tenacidade à fratura do tipo
. Para isso vamos recorrer aos conceitos de mecânica da fratura linear elástica, estados de tensão plano tensão/plano deformação e à diferença entre ensaios de energia de fratura e ensaios de intensidade de tensão.
Passo 2
Em corpos de prova delgados (pequena espessura
) o material próximo à trinca sujeita-se principalmente a um estado de tensão de plano tensão, caracterizado por
Nesse caso há menos restrição à deformação plástica no entorno da ponta de trinca, permitindo maior espalhamento de trinca e resultando numa tenacidade aparente maior. Conforme
aumenta, chega-se a um ponto em que o material atinge um estado de deformação de plano deformação, definido por
Nesse regime a região singular da ponta de trinca fica muitíssimo confinada, a restrição à plasticidade é máxima e a tenacidade aparente decresce até um valor mínimo, que definimos como a tenacidade intrínseca do material
. Em resumo, há uma curva de transição em que
Passo 3
O ensaio Charpy mede a energia de impacto absorvida por um corpo de prova entalhado numa única trajetória dinâmica; fornece um número empírico de “tendência a quebrar de modo frágil” e é muito útil para avaliar a temperatura de transição frágil/tenaz, mas depende fortemente da geometria do provete, da velocidade de ensaio e não representa uma propriedade fundamental do material. Por outro lado, o ensaio de tenacidade à fratura do tipo
é um ensaio quasi-estático, baseado na mecânica da fratura linear elástica, que determina a intensidade de tensão crítica no entorno de uma trinca. Esse valor é constante (para
suficiente) e pode ser usado em projeto de estruturas com defeitos orçamentados, cálculo de tamanho crítico de trinca e análise de falhas. Em suma, o Charpy é rápido e qualitativo;
é mais demorado, mas entrega um parâmetro quantitativo e universal para mecânica da fratura.
Resposta
(a) Em provetes finos domina o estado de plano tensão (
), com grande zona plástica na ponta de trinca e tenacidade aparente elevada; em provetes espessos ocorre plano deformação (
), com alta restrição plástica, reduzindo a tenacidade até o valor crítico intrínseco
.
(b) O ensaio Charpy fornece uma energia de fratura dinâmica empírica, sensível à geometria e à velocidade, útil para avaliar transição frágil/tenaz, mas não serve diretamente para projeto com trincas. Já o ensaio de é baseado na mecânica da fratura linear elástica, produz um parâmetro quantitativo constante (em plano deformação) e é indicado para cálculos de segurança e tolerância a defeitos.
(b) O ensaio Charpy fornece uma energia de fratura dinâmica empírica, sensível à geometria e à velocidade, útil para avaliar transição frágil/tenaz, mas não serve diretamente para projeto com trincas. Já o ensaio de