Enunciado

72. Determine

(a) as tensões principais e

(b) a tensão de cisalhamento máxima no plano e a tensão normal média. Especifique a orientação do elemento em cada caso.

Passo 1

Da figura do enunciado, tiramos que:

σ x = 0   M P a ,   a u s ê n c i a   d e   t e n s ã o

σ y = 50   M P a ,   t e n s ã o   d e   t r a ç ã o  

τ x y = - 30   M P a ,   a s   s e t a s   c o n v e r g e m   p a r a   o   2 °   e   4 °   q u a d r a n t e

A primeira coisa que temos que fazer é determinar a tensão média σ m e d , através da fórmula abaixo:

σ m e d = σ x + σ y 2

E substituindo os valores numéricos correspondentes, chegamos à:

σ m e d = 50   M P a 2

σ m e d = 25   M P a  

Depois, o próximo passo é achar a tensão máxima de cisalhamento τ m á x , que é dada por:

τ m á x = σ x - σ y 2 2 + τ x y 2

Trocando os valores de cada variável, obtemos nossa tensão máxima como:

τ m á x = - 50   M P a 2 2 + ( - 30   M P a ) 2

τ m á x ≅ 39,05   M P a

Passo 2

(a) Obtido a tensão média e a tensão de cisalhamento máxima, todo mundo já tá careca de saber a fórmula das tensões principais, que é dada abaixo:

σ 1,2 = σ m e d ± τ m á x

Esssa relação nos fornece duas tensões uma máxima σ 1 e outra mínima σ 2 :

σ 1 = σ m e d + τ m á x

σ 1 ≅ 25   M P a + 39,05   M P a

σ 1 ≅ 64,1   M P a

σ 2 = σ m e d - τ m á x

σ 2 ≅ 25   M P a - 39,05   M P a

σ 2 ≅ - 14,1   M P a

O próximo passo agora, é determinar o nosso ângulo de estado plano θ p , que é dado pela fórmula abaixo:

tan ⁡ 2 θ p = 2 τ x y σ x - σ y

tan ⁡ 2 θ p = 2 ⋅ ( - 30   M P a ) - 50   M P a )

2 θ p = tan - 1 ⁡ ( 1,2 )

θ p = 25,1 °   ( a n t i - h o r á r i o )

E o nosso ângulo   θ p 1 que queremos para especificar a orientação do elemento é exatamente igual a   θ p :

θ p 1 = θ p

θ p 1 = 25,1 °

Passo 3

(b) Mas olha só que beleza! Esse item pede a tensão de cisalhamento máximo e a tensão normal média. Acontece que já obtemos elas lá no P a s s o   1 , como ferramenta para ajudar a calcular as tensões principais. Não acredita!? Pois olha de volta o P a s s o   1 :

σ m e d = 25   M P a  

τ m á x ≅ 39,05   M P a

Agora só falta determinar o ângulo de cisalhamento θ s , que é dado através da fórmula abaixo:

tan ⁡   2 θ s = σ x - σ y 2 τ x y

Onde substuindo os valores numéricos pertinentes a cada variável, chegamos à:

tan ⁡   2 θ s = - 50   M P a 2 ( - 30   M P a )

tan ⁡   2 θ s = 0,833

2 θ s = tan - 1 ⁡ 0,833

2 θ s = 39,8 °

θ s = 19,9 °   ( h o r á r i o )  

E o nosso ângulo   θ s 1 que queremos para especificar a orientação do elemento é exatamente igual a   θ s :

θ s 1 = 19,9 °

Pra não perder a viagem, vamos fazer também fazer o esboço de nosso querido elemento né; que vai ter a seguinte aparência:

Resposta

(a)

σ 1 ≅ 64,1   M P a

σ 2 ≅ - 14,1   M P a

θ p 1 = 25,1 °

(b)

σ m e d = 25   M P a  

τ m á x ≅ 39,05   M P a

θ s 1 = 19,9 °

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