Como pode ser definido o “Limite de Escoamento”? Como determina-lo a partir de dados experimentais?
Passo 1
O enunciado pede para definirmos o “Limite de Escoamento” de um material e explicar como determiná-lo a partir de dados experimentais. O tema faz parte de resistência dos materiais e mecânica dos sólidos, mais especificamente da caracterização mecânica via ensaio de tração. Para resolver, vamos usar a curva tensão–deformação obtida experimentalmente e conceitos de elasticidade e escoamento plástico.
Passo 2
O Limite de Escoamento é a tensão máxima até a qual o material se deforma elasticamente, isto é, retorna à forma original quando a carga é removida. Logo que excedemos essa tensão, aparecem deformações permanentes (plásticas). Em materiais com escoamento bem definido (como muitos aços), vemos um “patamar” de escoamento na curva tensão–deformação, caracterizado pelo primeiro ponto de descontinuidade ou “escorregamento” nas microestruturas.
Passo 3
Para obter a curva tensão–deformação num ensaio de tração, medimos simultaneamente a força aplicada
e a deformação longitudinal
(via extensômetro). Calculamos a tensão como
onde
é a área inicial da seção transversal, e plotamos
versus
. O trecho inicial, aproximadamente linear, define a resposta elástica
, onde
é o módulo de Young.
Passo 4
Se a curva exibe um salto nítido ao escoar, tomamos o valor de
naquele ponto de transição como Limite de Escoamento real
. Porém, em muitos materiais a transição não é bem marcada. Nesse caso, usamos o método do “proof stress” ou “0,2 % offset”, em que:
- Ajustamos por regressão linear o trecho elástico para obter
. - Desenhamos uma reta paralela à elástica, deslocada em
(0,2 % de deformação) no eixo de deformação. - Identificamos o ponto de interseção entre essa reta offset e a curva tensão–deformação. A tensão correspondente é o Limite de Escoamento convencional
.
Passo 5
Em termos práticos, podemos determinar numericamente
da seguinte forma:
- Ajustar o trecho inicial da curva a uma reta
. - Para cada ponto
da curva experimental, calcular a tensão da reta offset em :
- Encontrar o menor
para o qual . - A tensão
desse ponto é o Limite de Escoamento .
Resposta
O Limite de Escoamento é a tensão que marca o início da deformação plástica, saindo da região elástica da curva tensão–deformação. Experimentalmente determina-se a partir do ensaio de tração, seja usando diretamente o ponto de salto nítido (quando existe), seja pelo método do proof stress (0,2 % offset), traçando-se uma reta paralela ao trecho elástico deslocada em
e tomando como limite o valor de tensão na interseção com a curva.