Peças estruturais de aeronaves são submetidas a tensões elevadas. Escolha uma peça metálica estrutural específica de uma aeronave, indique-a e responda as questões abaixo:
Compare as propriedades relativas e o custo de três materiais metálicos.
Compare as propriedades relativas e o custo de três materiais metálicos.
Passo 1
Beleza, o enunciado pede pra escolher uma peça metálica estrutural de avião e comparar as propriedades e o custo de três materiais metálicos. Isso entra na área de Seleção de Materiais e Propriedades Mecânicas. Prova que vamos precisar:
• Entender qual peça e suas exigências (força, peso, fadiga…)
• Conhecer densidade (ρ), resistência (σ), módulo de elasticidade (E) e custo dos materiais
• Calcular resistência específica (força por massa) e comparar preços
• Entender qual peça e suas exigências (força, peso, fadiga…)
• Conhecer densidade (ρ), resistência (σ), módulo de elasticidade (E) e custo dos materiais
• Calcular resistência específica (força por massa) e comparar preços
Passo 2
Escolhendo a peça: vamos falar da longarina (spar) da asa. Ela sustenta as cargas de voo (flexão, torção) e precisa de bom compromisso entre leveza e resistência.
Passo 3
Teoria básica:
- Densidade (ρ) mede o peso por volume, em kg/m³.
- Tensão de escoamento (σᵧ) e tensão de ruptura (σᵤ) em MPa: quanto mais alto, mais força suporta.
- Módulo de Young (E) em GPa: rigidez contra deformação.
- Resistência específica = σᵧ/ρ, indica eficiência “força/peso”:
5) Custo em US$/kg pra ver viabilidade econômica.
Passo 4
Vamos aos três materiais comuns para spar:
Material | ρ (kg/m³) | σᵧ (MPa) | E (GPa) | Res. espec. (MPa·m³/kg) | Custo (US$/kg)
Alumínio 7075-T6 | 2810 | 500 | 71 | 500/2810 ≈ 0,178 | ≈ 3
Ti-6Al-4V | 4430 | 880 | 113 | 880/4430 ≈ 0,199 | ≈ 30
Aço 300M | 7850 | 1800 | 210 | 1800/7850 ≈ 0,229 | ≈ 4
Alumínio 7075-T6 | 2810 | 500 | 71 | 500/2810 ≈ 0,178 | ≈ 3
Ti-6Al-4V | 4430 | 880 | 113 | 880/4430 ≈ 0,199 | ≈ 30
Aço 300M | 7850 | 1800 | 210 | 1800/7850 ≈ 0,229 | ≈ 4
Explicando:
- O alumínio é leve (ρ baixo), resistência boa, mas res. específica menor.
- O titânio é mais pesado que o Al, mas bem mais resistente, logo res. específica melhor.
- O aço é super resistente, mas bem pesado; mesmo assim entrega a maior força por peso (maior res. específica).
Passo 5
Comparando custos:
• Alumínio: barato (∼3 US$/kg)
• Aço 300M: um pouco mais caro que alumínio (∼4 US$/kg)
• Titânio: bem caro (∼30 US$/kg)
• Alumínio: barato (∼3 US$/kg)
• Aço 300M: um pouco mais caro que alumínio (∼4 US$/kg)
• Titânio: bem caro (∼30 US$/kg)
Então em termos de R$/kg por MPa·m³/kg, o alumínio sai melhor em custo, depois o aço e o titânio é bem mais caro por unidade de desempenho.
Resposta
Alusumínio 7075-T6: bom custo, baixo peso, res. específica ≈0,178 MPa·m³/kg;
Aço 300M: custo médio, pesado, res. específica ≈0,229 MPa·m³/kg;
Ti-6Al-4V: alto custo, res. específica ≈0,199 MPa·m³/kg.
Aço 300M: custo médio, pesado, res. específica ≈0,229 MPa·m³/kg;
Ti-6Al-4V: alto custo, res. específica ≈0,199 MPa·m³/kg.