pmt2100- relatorio final

21
PMT 2100 – 2009 ATIVIDADE PRÁTICA ENSAIOS MECÂNICOS ESCOLA POLITÉCNICA - USP Grupo: Anderson de Carvalho Nakanishi Érico Veríssimo Hortolan Franco Paes Leme Franco Lucas Gomes da Silva Thiago Issaho Kagueiama

Upload: erico19915873

Post on 13-Jun-2015

2.144 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: PMT2100- Relatorio Final

PMT 2100 – 2009

ATIVIDADE PRÁTICA

ENSAIOS MECÂNICOS

ESCOLA POLITÉCNICA - USP

Grupo:

Anderson de Carvalho Nakanishi

Érico Veríssimo Hortolan

Franco Paes Leme Franco

Lucas Gomes da Silva

Thiago Issaho Kagueiama

Page 2: PMT2100- Relatorio Final

Ensaios Mecânicos

ÍNDICE

Experimento 1 – Alumínio 6135-T6 pág 3

- Objetivos pág 3

- Dados Experimentais pág 3

- Resultados pág 4

- Comentários pág 6

Experimento 2 – Polietileno pág 7

- Objetivos pág 7

- Dados Experimentais pág 8

- Resultados pág 8

- Comentários pág 9

Experimento 3 – Materiais Cerâmicos pág 10

- Objetivos pág 10

- Dados Experimentais pág 10

- Resultados pág 11

- Comentários pág 13

2

Page 3: PMT2100- Relatorio Final

Ensaios Mecânicos

EXPERIMENTO 1

COMPORTAMENTO MECÂNICO DO ALUMÍNIO 6351-T6

OBJETIVO O ensaio de tração tem por objetivo medir várias propriedades mecânicas do material. O corpo de prova é o alumínio 6135-T6, que possui as seguintes medidas: comprimento útil 50mm e diâmetro 7mm.

As garras do equipamento prenderam o corpo de prova por suas extremidades. Durante o teste, o corpo de prova sofreu uma elongação a uma taxa constante de 5mm/min. A máquina mediu a carga instantânea aplicada e os alongamentos resultantes. Uma curva de tensão x deformação foi construída a partir desses resultados.

Com base no gráfico, podemos determinar os seguintes parâmetros:

módulo de elasticidade; limite de escoamento; limite de resistência; alongamento uniforme e alongamento de

fratura.

DADOS EXPERIMENTAIS

O experimento foi realizado na máquina de ensaio Kratos K10000,e os parâmetros empregados foram:

- Temperatura = ambiente;- Material Ensaiado = Alumínio 6135 - T6;

- Velocidade de Ensaio [mm/min] = 5,00;- Corpo de Prova = Cilindrico;- Diâmetro [mm] = 7,000;- Comprimento Útil [mm] = 50,000;- Área [m²] = 3,84834 E-05 Tensão de Engenharia = F/Ao (N/m²=MPa)Deformação de Engenharia = Lo + L/Lo RESULTADOS

3

Page 4: PMT2100- Relatorio Final

Ensaios Mecânicos

Para traçar este gráfico, encontramos a tensão e a deformação verdadeira:

- Deformação verdadeira:

εv = ln(li/lo)

Sendo:li: o comprimento instantâneolo: o comprimento inicial

- Tensão verdadeira:

Como o v é constante:

Ai * li = Ao * lo Ai = Ao * lo/li (1)

Como σv = F/Ai (2)

De (1) e (2)

σv = F * li/(Ao * lo)

A tensão de engenharia é:σv = F/AoA deformação de engenharia é:εv = Δl/lo

Para determinar o limite de resistência, encontramos o máximo da curva Tensão Real x Deformação Real. Esse ponto de máximo foi estimado pelo gráfico.

Por definição, o alongamento uniforme é a deformação até este ponto de máximo, e o alongamento de fratura é o alongamento máximo do corpo de prova.

4

Page 5: PMT2100- Relatorio Final

Ensaios Mecânicos

Limite de resistência (GPa): 0,369772Ponto de máximo(GPa): 0,07481501267297594Alongamento uniforme(GPa): 0,07481501267297594Alongamento de fratura(GPa): 0,129272335704139

Para a construção deste gráfico, foi estimado até que ponto sua linearidade era observada e traçado um gráfico de dispersão. A partir deste, foi traçada uma reta de tendência linear para aproximação da deformação elástica do corpo de prova. Com isso, o coeficiente angular da reta é o modulo de elasticidade:

Módulo de Elasticidade = 63,033 GPa

5

Page 6: PMT2100- Relatorio Final

Ensaios Mecânicos

Neste gráfico, foi plotada uma reta de coeficiente angular igual ao módulo de elasticidade, com intersecção no eixo X no ponto 0,002. Estimamos o limite de escoamento como a intersecção da reta plotada com o gráfico de Tensão Real x Deformação Real:

Limite de Escoamento (GPa): 0,32626167289947

COMENTÁRIOS A execução desse experimento fez com que pudéssemos presenciar na prática as propriedades mecânicas dos metais, bem como aprender a organizar e elaborar gráficos e tabelas a partir de dados obtidos durante o ensaio. A obtenção de tais curvas é de vital importância para qualquer procedimento experimental, uma fez que nos facilita a obtenção de certas grandezas.

6

Page 7: PMT2100- Relatorio Final

Ensaios Mecânicos

EXPERIMENTO 2COMPORTAMENTO MECÂNICO DE POLIETILENO

OBJETIVO

Neste experimento será feita a análise do corpo de prova de polietileno de nome “Azul”. Este polímero é um polietileno de baixa densidade, fabricado utilizando-se a resina “Rigidex PC002-50R968”, do fabricante Solvay Indupa do Brasil AS.

As dimensões do corpo de prova seguem na tabela abaixo:

W – Largura da seção estreita 6 mmWO – Largura total 19 mm

L – Comprimento da seção estreita 33 mmLO – Comprimento total 115 mm

A partir do ensaio realizado, pode-se determiner

propriedades de tensão do polímero, dentro de condições pré-determinadas de tratamento, temperatura, umidade e velocidade da máquina de teste.

De acordo com as normas ASTM, existem especificações que devem ser tomadas como precaução, a fim de evitar alterações significativas nos resultados, tais como:- as amostras devem ter a mesma grossura;- cuidados com o controle da velocidade e do meio onde ocorre o teste;- as amostras devem ser preparadas exatamente da mesma maneira;- os valores dos testes não devem ser considerados em aplicações de longa duração ou de condições ambientais mais adversas, devido à sensibilidade dos polímeros nessas condições.

O corpo de prova foi preso às garras da máquina, sendo puxado a uma taxa de XX mm/min. A máquina mede a carga instantânea aplicada e os alongamentos resultantes.

Baseando-se nos resultados obtidos, pode-se traçar um gráfico tensão x deformação, e a partir deste, obter o módulo de elasticidade, o limite de escoamento, o limite de resistência e o alongamento uniforme e de fratura. A partir das curvas tensão-deformação, podemos calcular o módulo de elasticidade, com base em sua definição, utilizando-se de uma reta tangente à região linear, que usualmente aparecem em polímeros à baixas tensões, muito embora o verdadeiro limite de elasticidade dos polímeros tenha caráter discutível, sendo, portanto, questionável o conceito de “módulo de elasticidade” para eles.

7

Page 8: PMT2100- Relatorio Final

Ensaios Mecânicos

DADOS EXPERIMENTAIS

Esse experimento foi realizado na máquina de ensaio Kratos K10000,e os parâmetros empregados foram os seguintes: - Temperatura: ambiente;- Material Ensaiado: Polietileno Azul;- Velocidade de Ensaio [mm/min]: 50,00;- Diâmetro [mm]: 6,00;- Comprimento Útil [mm]: 33,00;- 1Kgf = 9,8N- Ao = 1,92x10^-5 m²

Tensão de Engenharia = F/Ao (N/m² = MPa)Deformação de Engenharia = Lo + L/Lo

RESULTADOS

LE(MPa): 17,40520833 Nos polímeros, o limite de escoamento é o ponto de máxima tensão.

Tensão de Ruptura(MPa):

12,19896

Módulo de Young(MPa):

8214,39168994333 Valor obtido através de uma função que melhor aproximava a faixa de deformação elástica do polímero.

Alongamento Total na

Ruptura(MPa):

0,078061 De acordo com os dados fornecidos pelo experimento.

8

Page 9: PMT2100- Relatorio Final

Ensaios Mecânicos

COMENTÁRIOS

No início da curva, verificamos que de acordo com o gráfico, o corpo de prova deforma elasticamente até atingir o limite de escoamento. Após esse ponto, a deformação se torna plástica até o ponto de máximo da curva, onde ocorre a ruptura das lamelas e a formação do pescoço no corpo, chamada “estricção”, que gera uma queda na força que mantém a taxa de alongamento uniforme. O novo crescimento do gráfico deve-se às fibras das cadeias poliméricas, que se alinham devido à deformação fazendo com que o material ganhe mais resistência, e faz com que as cadeias da estricção alonguem-se até a ruptura.

9

Page 10: PMT2100- Relatorio Final

Ensaios Mecânicos

EXPERIMENTO 3COMPORTAMENTO MECÂNICO DE MATERIAIS CERÂMICOS -ENSAIO DE FLEXÃO

OBJETIVOS

O objetivo é, através de testes específicos, comparar dois tipos de cerâmicas. As mesmas diferem no processo de obtenção apenas pelo acréscimo ou não de resíduos. Assim, compararemos as características mecânicas através dos dados e gráficos obtidos. Iremos também aplicar a teoria probabilística de Weibull. As cerâmicas consistem em compostos formados por elementos metálicos e não metálicos. As cerâmicas que serão analisadas, as tradicionais, têm como matéria prima a argila. Um determinado resíduo é gerado através de um processo de tratamento de água e consiste em uma fração inorgânica (essencialmente silicatos) e uma fração orgânica. Foram produzidos corpos de prova para observação de propriedades mecânicas com a incorporação de 10% (em base mássica) desse resíduo. Os corpos foram divididos em duas séries, uma sem acréscimo de resíduos à argila e outra com acréscimo de 10% de resíduos; ambas as séries obtidas a partir de corpos de prova conformados por prensagem e calcinados em atmosfera oxidante (ar) a 950ºC. Serão traçados os gráficos de probabilidade acumulativa de falha para as duas séries de corpos de prova, determinados os valores do módulo de Weibull para as duas séries, o valor das tensões característica para cada uma das séries das amostras e construídas as tabelas com os valores de resistência à flexão para cada um dos corpos de prova, para uma análise ampla e completa.

DADOS EXPERIMENTAIS

Neste experimento é empregado um ensaio de flexão transversal, no qual um corpo de prova na forma de uma barra, com seção reta retangular, é flexionado até a sua fratura, utilizando uma técnica de carregamento em três pontos. No ponto de carregamento, a superfície superior do corpo de prova é comprimida, enquanto a inferior é tracionada. A tensão é calculada com base na espessura do corpo de prova, no momento flexor e no momento de inércia da secção reta. Esses parâmetros estão destacados na figura:

Temperatura: ambiente;

10

Page 11: PMT2100- Relatorio Final

Ensaios Mecânicos

Material Ensaiado: cerâmica com e sem adição de 10% do resíduo;Corpos de prova: conformados por prensagem e calcinados em atmosfera oxidante (ar) a 950ºC.

Resultados

1) Resultados de resistência à flexão

ENSAIO 1 – Sem Resíduo

O F(Vo) Ln(Ln(1/(1-F(Vo)))) Ln(O)

1 9,64091188 0,041667 -3,156849494 2,266015697

2 10,0539619 0,083333 -2,441716399 2,307966776

3 10,497416 0,125 -2,013418678 2,351129134

4 11,7832259 0,166667 -1,701983355 2,466676988

5 11,9759731 0,208333 -1,454081455 2,482902399

6 12,0171439 0,25 -1,245899324 2,486334292

7 12,1841513 0,291667 -1,064673327 2,500136035

8 12,8177689 0,333333 -0,902720456 2,550832407

9 15,4328337 0,375 -0,755014863 2,736497296

10 17,0916484 0,416667 -0,6180462 2,838589944

11 20,1244182 0,458333 -0,489219929 3,001933912

12 20,5052824 0,5 -0,366512921 3,020682531

13 20,9845585 0,541667 -0,248258101 3,043786857

14 21,9107066 0,583333 -0,132995836 3,086975403

15 22,5710293 0,625 -0,019356889 3,116667194

16 22,8939055 0,666667 0,094047828 3,130870738

17 22,9147992 0,708333 0,208755483 3,131782956

18 24,9462201 0,75 0,32663426 3,21672231

19 25,984503 0,791667 0,45019365 3,257500323

20 26,1134649 0,833333 0,583198081 3,262451078

21 28,5288406 0,875 0,732099368 3,350915526

22 28,55552 0,916667 0,910235093 3,351850262

23 33,8177381 0,958333 1,156269006 3,52098546

11

Page 12: PMT2100- Relatorio Final

Ensaios Mecânicos

ENSAIO 2 – Com Resíduo

O F(Vo) Ln(Ln(1/(1-F(Vo)))) Ln(O)1 9,51372097 0,038462 -3,238550275 2,2527350692 9,93038524 0,076923 -2,525194941 2,2955992733 10,0334871 0,115385 -2,098809315 2,3059282064 10,4414073 0,153846 -1,789437659 2,3457793735 10,5415947 0,192308 -1,543771433 2,355328836 11,4839766 0,230769 -1,338021418 2,4409527287 11,5055894 0,269231 -1,159453465 2,4428329528 12,1432805 0,307692 -1,000420501 2,4967759769 12,1563797 0,346154 -0,855940986 2,497854108

10 12,2889908 0,384615 -0,722559893 2,50870380511 12,366199 0,423077 -0,597752755 2,5149668612 12,6203564 0,461538 -0,479586667 2,53531109613 12,7837893 0,5 -0,366512921 2,54817791114 12,912749 0,538462 -0,25723061 2,55821511815 13,7254372 0,576923 -0,150588888 2,61925084516 14,3923477 0,615385 -0,045508537 2,66669665817 15,5112685 0,653846 0,059091174 2,74156675718 16,0014296 0,692308 0,164373955 2,77267806619 16,1485155 0,730769 0,271694745 2,78182812520 16,5590859 0,769231 0,382767501 2,80693494621 17,902782 0,807692 0,499962003 2,88495611922 18,6857677 0,846154 0,626901698 2,92776214723 19,0844219 0,884615 0,76986942 2,94887239824 20,6124283 0,923077 0,941938735 3,02589420925 21,0967529 0,961538 1,181143141 3,049119136

Um gráfico em papel monolog foi utilizado para o cálculo da probabilidade acumulativa de falha, com o ln(ln (1/(1-F(v))) no eixo y e a tensão ,no eixo x, em escala logarítmica.Temos que ln (ln (1/(1-F(v))) = m * (lnσ – lnσo), onde m é o modulo de weibull.

12

Page 13: PMT2100- Relatorio Final

Ensaios Mecânicos

Ensaio 1 – Sem resíduo

Módulo de Weibull : 2,754 (coeficiente angular da reta)Tensão característica : 21,806 (raiz da equação da reta)

Ensaio 2 – Com resíduo

Módulo de Weibull : 4,469 (coeficiente angular da reta)Tensão característica: 15,361 (raiz da equação da reta)

13

Page 14: PMT2100- Relatorio Final

Ensaios Mecânicos

2- Algumas constatações

A cerâmica com o resíduo apresentou uma variação da tensão de ruptura menor do que a cerâmica sem resíduo. Paralelamente, a cerâmica com o resíduo (menor variabilidade) apresentou uma tensão característica menor, portanto, o material que apresentou menor variabilidade da tensão de ruptura não é o que apresenta maior tensão característica. Como a tensão característica corresponde à tensão na qual a probabilidade de falha é igual a 63%, o material sem o resíduo é mais resistente que o material com o resíduo. Porém, como o material com resíduo apresenta maior constante de Weibull, esta cerâmica apresentará uma distribuição das trincas em seu interior mais uniforme, logo, será mais constante e, como conseqüência, mais confiável.

COMENTÁRIOS

Assistir ao experimento proporcionou-nos uma comprovação empírica da teoria vista em sala de aula, o que é sempre importante no processo de aprendizagem. Além disso, aprendemos a construir gráficos a partir de dados experimentais e a extrair destes grandezas indispensáveis para prever o comportamento de um material, suas possíveis utilizações e restrições em seu uso, sua vida útil e intervalos de manutenção.

Constituintes do GrupoNome Nº USP Assinatura

Anderson de Carvalho Nakanishi

Thiago Issaho Kagueiama

Érico Veríssimo Hortolan

Franco Paes Leme Franco

Lucas Gomes da Silva

14