diagramas de seleção de materiais

MR6120 – Materiais Metálicos

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© 2008/2010 – Rodrigo Magnabosco –Slide 1

Aula 11 – Seleção de Materiais – parte 2

x

y

z

x

y

z

yx

xy

xz

zx

zy

yz

z = (F / Ao)

z

x

y

z

Num tirante, o

carregamento é simples...

Como avaliar um

carregamento “real”?

L





Estado plano de tensões (ou biaxial de tensões)

z xz= zx= yz= zy=0Assim, as tensões atuam apenas no plano xy

y

yx

xyx x

y

Como fica o

formato deste

quadrado, se

uma tensão xy

for aplicada?





y

x

y

x

i

i

j

j

i

j

Aplicar cisalhamento em

“xy” é equivalente a aplicar

apenas tensões normais

em “ij”

As tensões normais

em “ij” são

chamadas de

principais





Usando tensões principais, pode ser definida a

tensão equivalente de von Mises(equivalente ao estado simples de carregamento, tração ou compressão pura)

(1,2,3) ou (i,j,k) são os eixos das tensões principais, e o

escoamento ocorrerá se vM LE

2

13

2

32

2

21 )()()(.2

1ovM N





2

8

16

23

31

39

47

54

70

Estudo de caso:

Roda automotiva

fundida em Al-Si,

superdimensionada

Cortesia Italspeed

tensão de von

Mises (MPa)





70 MPa

Projetos distintos para materiais distintos!





Dia

gra

mas d

e s

ele

ção d

e m

ate

riais

:

MÓ

DU

LO

DE

EL

AS

TIC

IDA

DE

vs. D

EN

SID

AD

E

=cteE

Criado com o software CES Selector





Dia

gra

mas d

e s

ele

ção d

e m

ate

riais

:

MÓ

DU

LO

DE

ELA

ST

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AD

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CIA

Se

leção

de m

ola

s e

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ort

eced

ore

s

cteE

2






SEGURANÇA

Energia absorvida na

deformação plástica





http://www.ulsab.com/ulsab/image_library/pages/Crash_Offset.htm

limite

de

re

sis

tên

cia

alongamento

www.speedtv.com/articles/formulaone/auto/38203/

Qual o critério de segurança utilizado:

absorver ou dissipar energia?

http://www.speedtv.com/articles/formulaone/auto/38203/





Dia

gra

mas d

e s

ele

ção d

e m

ate

riais

:

TE

NA

CID

AD

E À

FR

AT

UR

A v

s. D

EN

SID

AD

E






Condução de calor

dx

dT

Gradiente de temperatura na direção x

Km

Wk

.][

k... Condutividade térmica

22 .][

ms

J

m

Wq

q... Fluxo de calor na direção x

x

q

T

dx

dTkq

Como usar um mapa de seleção neste problema?





Danos ao meio ambiente...

Criado com o software CES EduPack





Resistência-custo

Criado com o software CES EduPack





Mapas de seleção de materiais podem:

Auxiliar a seleção de materiais no pré-projeto.

Avaliar a substituição de materiais em projetos já existentes.

Indicar mudanças de conceitos de projeto para o uso de

novos materiais.

Mostrar fronteiras de desenvolvimento de novos materiais.





Um componente de suspensão automotivo, sujeito a esforços de flexão, deve ter sua massa minimizada, mas deve-se

maximizar primordialmente a resistência mecânica, e como critério de desempate a rigidez. Utilizando diagramas “limite de

escoamento vs. densidade” e “módulo de elasticidade vs. densidade” (preferencialmente construídos no software CES

EduPack), pede-se com justificativas:

a. Dos materiais abaixo, qual é a melhor opção de material? Dica: indique todos os materiais nos diagramas, e explique o

motivo do material selecionado ser a melhor opção.

b. Qual o limite de escoamento mínimo que um aço ABNT 4340 (densidade idêntica à do aço ABNT 1050) deveria ter para que

ele fosse melhor opção de material para o componente do que uma outra liga de titânio com 1100 MPa de limite de

escoamento? Quais seriam as vantagens e desvantagens desta troca, considerando apenas os dados aqui fornecidos? O maior

custo da liga de titânio não deve ser considerado desvantagem, use apenas características mecânicas na avaliação.

c. Estabeleça um ciclo de tratamentos térmicos capaz de garantir ao aço ABNT 4340 o limite de escoamento mínimo indicado

no item b, maximizando a tenacidade. Trace o ciclo térmico em escala, indicando TODAS as transformações microestruturais

ocorridas, assumindo que têmpera em óleo, para o componente em questão, é suficiente para a obtenção de estrutura 100%

martensítica no núcleo do componente.

Exercícios de fixação de conceitos

diagramas de seleção de materiais

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