Se você vai produzir uma mola em aço, qual(is) propriedades devem ser consideradas. Defina a(s) propriedades e explique sua resposta com base nas características do diagrama tensão-deformação desse material.
Passo 1
O enunciado pergunta quais propriedades do aço devemos considerar ao projetar uma mola, pedindo definições e justificativas com base no diagrama tensão–deformação. Para resolver, vamos usar conceitos de comportamento elástico e resistência mecânica de materiais.
Passo 2
Identificar o módulo de elasticidade (módulo de Young),
. No diagrama tensão–deformação, a região inicial é linear e a inclinação dessa reta é
Esse módulo determina a rigidez da mola: quanto maior
, menor a deformação para uma dada carga, logo a mola será mais “rígida”.
Passo 3
Determinar o limite de proporcionalidade ou limite de escoamento,
. É o valor de tensão máximo no qual o material ainda se deforma elasticamente. Para uma mola, é crucial que as tensões de operação fiquem abaixo de
, garantindo que, ao retirar a carga, ela retorne à forma original sem deformação permanente.
Passo 4
Avaliar a resiliência, definida como a energia elástica absorvida por volume até o escoamento. No diagrama, é a área sob a curva tensão–deformação até
:
Alta resiliência indica que a mola pode armazenar e liberar mais energia sem falhar.
Passo 5
Considerar o limite de fadiga,
. Molas geralmente trabalham em carregamentos cíclicos, por isso é preciso que a tensão máxima aplicada fique abaixo de
(endurance limit) para evitar trincas por fadiga após muitas oscilações.
Passo 6
Verificar a ductilidade, medida pela deformação última
. Embora a mola opere elasticamente, durante a fabricação (endurecimento, conformação) precisamos que o aço suporte algum nível de plasticidade sem fraturar, garantindo durabilidade e evitando trincas internas.
Resposta
As propriedades principais são:
- Módulo de elasticidade (
), que fixa a rigidez da mola. - Limite de escoamento (
), para manter a operação no regime elástico. - Resiliência (
), para armazenar energia elástica. - Limite de fadiga (
), para resistir a carregamentos cíclicos. - Ductilidade (
), para suportar processos de conformação sem trincas.