resoluçao torçao lista 3

64
Adriano Alberto 1 ENG285 Adriano Alberto Fonte: Hibbeler, R.C., Resistência dos Materiais 5ª edição; Beer 5ª Ed; Barroso, L.C., Cálculo Numérico (com aplicações) 2ª edição; slides do Prof. Alberto B. Vieira Jr.; http://pessoal.sercomtel.com.br/matematica/geometria/geom-areas/geom- areas-circ.htm TORÇÃO = G . (material linear-elástico) = . á = . á máx = . máx = Tensão de cisalhamento máxima do eixo, que ocorre na superfície externa. T = torque interno resultante que atua na seção transversal. J = momento de inércia polar da área da seção transversal [mm 4 ou pol 4 ] c = raio externo do eixo

Upload: fernando-calegari

Post on 19-Dec-2015

73 views

Category:

Documents


0 download

DESCRIPTION

Fonte: Hibbeler, R.C., Resistência dos Materiais 5ª edição; Beer 5ª Ed; Barroso,L.C., Cálculo Numérico (com aplicações) 2ª edição; slides do Prof. Alberto B.Vieira Jr.;

TRANSCRIPT

Page 1: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

1 ENG285

Adriano Alberto

Fonte: Hibbeler, R.C., Resistência dos Materiais 5ª edição; Beer 5ª Ed; Barroso, L.C., Cálculo Numérico (com aplicações) 2ª edição; slides do Prof. Alberto B. Vieira Jr.; http://pessoal.sercomtel.com.br/matematica/geometria/geom-areas/geom-

areas-circ.htm

TORÇÃO

� = G . � (material linear-elástico)

� = �� . ��á�

� = �� . ��á�

�máx = �.��

�máx = Tensão de cisalhamento máxima do eixo, que ocorre na superfície externa.

T = torque interno resultante que atua na seção transversal.

J = momento de inércia polar da área da seção transversal [mm4 ou pol4]

c = raio externo do eixo

Page 2: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

2 � =

�.��

� = Tensão de cisalhamento

= distância intermediária

J = � ��. ��� = � ��. (���. ��)���� = 2� � ��. ������

ci = raio interno

ce = raio externo

J = �� . c4

J = momento de inércia polar para eixo de seção transversal circular maciça, logo:

�máx = ��

�.��

J = �� . (��� - ���)

J = momento de inércia polar para eixo de seção transversal tubular (eixo vazado)

dT = . dF

dF = � . dA

dA = 2� . . d

�� =

��á� => � = f( ) =

� . �!á"

=> dT = . {[� . �!á"] . (2� . . d )} =

��á� . 2� . 3 . d

T = ��.��á�

�� � ��. ������

Page 3: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

3

Transmissão de potência

P = �.#$#% ; & =

#$#% ; P = T . &

[P] = [W] = [N.m/s]

[&] = [rad/s] ; [f] = [Hz]

1 Hz = '���()

* = ��+,#

*

1 rad ≅ 1 raio

& = 2� . f => P = 2� . f . T

�adm = �.��

RESOLUÇÃO DA LISTA 3ª UNIDADE

PROBLEMAS ENVOLVENDO ANÁLISE DE TENSÕES

1 a 3) Determinar, para o estado de tensões indicado, a tensão normal e a tensão de cisalhamento que se exercem em um plano paralelo à linha a–a. Adotar o método de análise baseado nas equações de equilíbrio da parte sombreada do cubo elementar indicada.

Page 4: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

4 1)

Page 5: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

5 2)

Page 6: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

6 3)

Page 7: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

7

4 a 6) Determinar, para o estado de tensões indicado: a) os planos principais; b) as tensões principais; c) os planos de máxima tensão de cisalhamento; d) a máxima tensão de cisalhamento; e) as tensões normais atuantes nos planos de máxima tensão de cisalhamento. 4)

.! = /01230

4 = 6,5 MPa

R = 5(41 + 6,5)4 + (36)4 = 59,60075503 MPa = ��á�

.!á" = .! + R = 66,10075503 MPa

.!í> = .! - R = - 53,10075503 MPa

arctg(2?) = @A

012A,3 => $ = 18,57914839° (anti-horário)

?’ = 90º - 18,57914839° = 71,42085161° (horário)

2B = 90° - 2? => C = 26,42085161° (horário)

Page 8: REsoluçao Torçao  Lista 3

B’ = 90° - 14,03624347° =

5)

.! = 1@D,E24D,A

4 = 82,75 MPa

R = 5(82,75 I 27,6)4 +.!á" = .! + R = 151,7100065 MPa

.!í> = .! - R = 13,78999347

arctg(2?) = 01,0

J4,D3/4D,A => $

?’ = 90º - 18,44741165º = 71,55258835° (horário)

2B = 90° - 2? => C = 26,55258835° (horário)

63,57914839° (anti-horário)

82,75 MPa

(41,4)4 = 68,96000653 MPa = ��á�

151,7100065 MPa

13,78999347 MPa

= 18,44741165° (anti-horário)

71,55258835° (horário)

= 26,55258835° (horário)

Adriano Alberto

8

Page 9: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

9

B’ = 90° - 26,55258835° = 63,44741165° (anti-horário)

6)

.! = /14K20K

4 = - 40 MPa

R = 5(40 + 40)4 + (150)4 = 170 MPa = ��á�

.!á" = .! + R = 130 MPa

.!í> = .! - R = - 210 MPa

arctg(2?) = 13K

0K20K => $ = 30,96375653° (horário)

?’ = 90º - 30,96375653° = 59,03624347° (anti-horário)

2B = 90° - 2? => C = 14,03624347° (anti-horário)

Page 10: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

10

B’ = 90° - 14,03624347° = 75,96375653° (horário)

7 a 9) Determinar as tensões principais e os planos principais para o estado plano de tensões, resultante da superposição dos dois estados planos indicados.

*** 7)

Page 11: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

11 8)

Para o primeiro estado de tensão:

.! = MN2K

4 = OP�

R = OP�

Para o estado de tensão resultante:

Page 12: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

12 .! = QRNS 2RN.TUV(SW)S 2RNS /RN.TUV(SW)S

4 = 4MN4 = OP

R = XY@MN4 + MN.Z[\(4])4 I.K^4 + YMN.\_`(4])4 ^4 =

= XYMN4 + MN.Z[\(4])4 ^4 + (MN)04 .abcd(2?)e4 =

X(MN)0

4 + 4MN.MN.Z[\(4])0 + (MN)0

4 .afgb(2?)e4 + (MN)04 .abcd(2?)e4 =

X4(MN)0

4 + 4(MN)S.Z[\(4])0 = X(MN)

44 .a1 + cos(2?)e = .K. X12Z[\(4])

4

a�)*($)e� = '2klm(�$)

Logo:

R = OP. cos$

Page 13: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

13

.1 = .!+ R = .K+ .K. cos? = OP. (1 + cos$)

.4 = .!- R = .K- .K. cos? = OP. (1 - cos$)

2 . ?n = arctgo RN.Vpq(SW)SRNS 2RN.TUV(SW)Sr = arctgs \_`(4])

12Z[\(4])t = arctgs4\_`]. uv]4.( uv])S t = arctg(tg?) =>

=> $w = $�

9)

Page 14: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

14

Figura: Slide do Prof. Alberto B. Vieira Jr.

.! = JK24K

4 = 50 MPa

R = 5(30)4 + (40)4 = 50 MPa = ��á�

.!á" = .! + R = 100 MPa

.!í> = .! - R = 0 MPa

arctg(2?) = 0K@K => $ = 26,56505118° (anti-horário)

?n = 26,56505118° + 45° = 71,56505118° (anti-horário)

?′n = 90º - 71,56505118° = 18,43494882° (horário)

Page 15: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

15 10) Determinar, para o estado de tensões indicado, a tensão de cisalhamento máxima quando:

a) σy = 14 MPa; b) σy = 98 MPa.

a)

Para o estado plano:

.! = 102EA,3

4 = 55,25 MPa

R = 5(55,2)4 + (55,25 I 14)4 = 68,91010448 MPa = ��á�

.!á" = .! + R = 124,1601045 MPa

.!í> = .! - R = - 13,66010448 MPa

Para os círculos internos:

y1 = K/1@,AAK1K00J

4 = - 6,83005224 MPa

y4 = 140,1AK1K032K

4 = 62,08005225 MPa

Page 16: REsoluçao Torçao  Lista 3

b)

Para o estado plano:

.! = EJ2EA,3

4 = 97,25 MPa

R = 5(55,2)4 + (98 I 97.!á" = .! + R = 152,4550949

.!í> = .! - R = 42,04490513

Para os círculos internos:

y1 = K204,K00EK31@

4 = 21,02245256

y4 = 134,033KE0E2K

4 = 76,22754745

MPa

97,25)4 = 55,20509487 MPa = ��á�

152,4550949 MPa

42,04490513 MPa

21,02245256 MPa

76,22754745 MPa = R = ��á�

Adriano Alberto

16

Page 17: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

17

11) Determinar, para o estado de tensões indicado, a tensão de cisalhamento máxima quando: a) σy = +48 MPa; b) σy = – 48 MPa; c) σy = 0.

Page 18: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

18

Figura: Slide do Prof. Alberto B. Vieira Jr.

Para o estado plano:

.! = 0J2K

4 = 24 MPa

R = 5(24)4 + (32)4 = 40 MPa

.!á" = .! + R = 64 MPa

.4 = .! - R = - 16 MPa

Para o estado tridimensional:

.! = A0/4K

4 = 22 MPa

R = 64 - 22 = 42 MPa = ��á�

.!á" = .! + R = 64 MPa

O�í{ = - 20 MPa

Page 19: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

19

Figura: Slide do Prof. Alberto B. Vieira Jr.

Para o estado plano:

.! = /0J2K

4 = - 24 MPa

R = 5(24)4 + (32)4 = 40 MPa = ��á�

.!á" = .! + R = 16 MPa

.4 = .! - R = - 64 MPa = O�í{

Para os círculos internos:

y1 = /4K/A0

4 = - 42 MPa

y4 = 1A/4K

4 = - 2 MPa

Page 20: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

20

Figura: Slide do Prof. Alberto B. Vieira Jr.

Para o estado plano:

.! = /@42@4

4 = 0 MPa

R = 32 MPa = ��á� = O�á�

O�í{ = - 32 MPa

Para os círculos internos:

y1 = /4K/@4

4 = - 26 MPa

y4 = @4/4K

4 = 6 MPa

12) Determinar, para o estado de tensões indicado, a máxima tensão de cisalhamento.

Page 21: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

21

Para o estado plano:

.! = DK2K

4 = 35 MPa

R = 5(120)4 + (70 I 35)4 = 125 MPa = ��á�

.!á" = .! + R = 160 MPa

.!í> = .! - R = - 90 MPa

Para os círculos internos:

y1 = /EK210K

4 = 25 MPa

y4 = 1AK210K

4 = 150 MPa

Page 22: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

22

PROBLEMAS ENVOLVENDO TORÇÃO

13) Um momento de torção T = 3 kN.m é aplicado ao cilindro maciço de bronze. Determinar: a) A máxima tensão de cisalhamento; b) A tensão de cisalhamento no ponto D que fica numa circunferência de 15 mm de raio desenhada na seção extrema do cilindro; c) A parcela do momento resistida pelo cilindro interior de 15 mm de raio.

T = 3 kN.m

a) ce = 30 mm = 0,03 m

J = |4 . (0,03)4 = 1,272 . 10-6 m4

�máx = @KKK.K,K@1,4D4.1K}~ = 70,755 MPa

b) � = @KKK.K,K131,4D4.1K}~ = 35,377 MPa

c) T = 4|.��á�

� � @. d � � => T’ = 4|.DK,D33.1K~

K,K@ � @. d K,K13K

= 4|.DK,D33.1K~

K,K@ . K,K13�

0 = 187,552 N.m

Page 23: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

23

��� . 100 =

1JD,334@KKK . 100 = 6,25 %

14) T = 2,4 kN.m

a) �máx (AB) = ?

TAB = TA = 2 400 N . m

J = |4 . (0,027)4 = 8,348 . 10-7 m4

�máx = 40KK.K,K4DJ,@0J.1K}� = 77,623 MPa

b) �máx (BC) = ?

TBC = TA + TB = (2 400 – 1 200) N . m = 1 200 N . m

J = |4 . (0,022)4 = 3,680 . 10-7 m4

�máx = 14KK.K,K44@,AJK.1K}� = 71,739 MPa

15)

Page 24: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

24

JCD = |4 . [(0,040)4 - (0,034)4] = 1,922 . 10-6 m4

40 . 106 = ���.K,K0K1,E44.1K}~ => TCD = 1 922 N . m

JAB = |4 . (0,028)4 = 9,655 . 10-7 m4

55 . 106 = ���.K,K4JE,A33.1K}� => TAB = 1 896,518 N . m

Tadm = TAB = 1 896,518 N . m

Ângulo de Torção

∅ = � �(�)#��(�).�

�P

Para torque e área da seção constantes:

∅ = ����

Para mudança de área e/ou torque e/ou G:

Page 25: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

25

∅ = ∑ ����

16) G = 80 . 109 Pa

a) T(3 m) = (- 20 -5) kN.m = - 25 kN.m = - 25 000 N.m

�máx = 43KKK.K,K3KY�S^.(K,K3K)�

= 127,324 MPa

b) T(1m a 2 m) = - 5 – 20 + 100 => T(2m) = 75 000 N.m

T(0 m a 1 m) = - 5 – 20 + 100 - 35 => T(1m) = 40 000 N.m

∅(1 m a 2m) = D3KKK.1

Y�S^.(K,KJK)�.JK.1K� = 0,01457107 rad

∅(0 m a 1m) = 0KKKK.1

Y�S^.(K,KJK)�.JK.1K� = 7,771237456 . 10-3 rad

∅Total = 0,01457107 rad + 7,771237456 . 10-3 rad = 0,022342307 rad

17) G = 75 . 109 Pa ; P = 450 N ; �adm = 30 . 106 Pa ; BC = 0,610 m ; AB = 0,380 m

Deflexão máxima de A = 0,002 m

S = ∅ . r => 0,002 = ∅ . 0,380 => ∅ = 5,263157895 . 10-3 rad

T = 0,380 . 450 = 171 N.m

Page 26: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

26 30 . 106 =

1D1. �S. � => c3 =

1D10D14@JJE,J => c = 0,015366854 m => d = 30,733708 mm (não

serve)

5,263157895 . 10-3 = 1D1.K,A1K

Y�S^.( )�.D3.1K� => 5,263157895 . 10-3 . c4 = 8,854107794 . 10-10

=> c = 0,020252311 m => d = 40,50462335 mm (ok)

18) G = 80 . 109 Pa ; �máx(AB) = 120 . 106 Pa ; ∅C/A = - 0,018 rad no sentido de T1

T1 = ? ; T2 = ?

T2 + T1 + T3 = 0

120 . 106 = �Q.K,KJ�

S.(K,KJ)� => T3 = - 96 509,72632 N.m

∅C/A = ∅B/A + ∅C/B

∅B/A = /EA3KE,D4A@4.@

Y�S^.(K,KJK)�.JK.1K� = - 0,05625 rad

-0,018 = -0,05625 + ∅C/B => ∅C/B = 0,03825 rad

0,03825 = (�S/EA3KE,D4A@4).4Y�S^.(K,K3K)�.JK.1K�

=> T2 = 111 530,4662 N.m

T2 + T1 + T3 = 0 => T1 = -111 530,4662 + 96 509,72632 = - 15 020,73988 N.m

Page 27: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

27

***19) Os binários, aplicados, como mostrado, ao eixo de aço (G = 80 GPa) da figura, produzem uma tensão tangencial máxima de 80 MPa e torcem o extremo livre de 0,014 rad. Determine os momentos torques T1 e T2.

G = 80 . 109 Pa ; �máx = 80 . 106 Pa ; c = 0,050 m

∅T = ∅1 + ∅2 = - 0,014 rad

L1 = 0,6 m ; L2 = 0,3 m

T1 = ? ; T2 = ?

∅ = ����

J = |4 . c4

∅1 = ��.K,A

Y�S^.(K,K3K)�.JK.1K� ; ∅2 =

�S.K,@Y�S^.(K,K3K)�.JK.1K�

7,639437268 . 10-7 . T1 + 3,819718634 . 10-7 . T2 = - 0,014 (I)

�máx = �. � = �máx =

��S. Q

Page 28: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

28

80 . 106 =

(��2�S)�S.(K,K3K)Q => T1 + T2 = 15 707,96327 (II)

T1 = 15 707,96327 - T2

7,639437268 . 10-7 . (15 707,96327 - T2) + 3,819718634 . 10-7 . T2 = 0,014

=> 0,012 - 7,639437268 . 10-7 . T2 + 3,819718634 . 10-7 . T2 = 0,014

=> T2 = 5 235,987756 N.m

=> T1 = 15 707,96327 - T2 = 10 471,97551 N.m

Obs: como os dois torques são aplicados no mesmo sentido, eles possuem o mesmo e sinal e, o somatório dos dois é igual a |15 707,96327 N.m|

Resp. da lista: 19) T1 = 10470 N.m ; T2 = 5240 N.m

20) ∅ = � �(�)#��(�).�

�P ; J =

�� . (��� - ���)

Determinando o raio menor: 4�� =

������� => rmenor =

�S4� =

�4

T(x) = T ; J(x) =?

Page 29: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

29

4�/�� =

4�/ �" => ce = 2r –

�+�

�/(�S)� =

�/ �" => ci = r –

�+��

J(x) =

�� . [(2r –

�+� )4 - (r –

�+��)

4] (a - b)4 = (a – b)² . (a – b)² = (a² - 2ab + b²) ( a² - 2ab + b²) = a4 - 4a³b – 4ab³ + 6a²b² + b4

J(x) = |4 . [(16r4 – 4 . 8r³ .

"�� - 4 . 2r .

"Q.�Q�Q + 6 . 4r² .

"S.�S�S +

"�.���� ) –

(r4 – 4r³ . "�4� - 4r .

"Q.�QJ�Q + 6r² .

"S.�S0�S +

"�.��1A�� )] =

= |4 [(16r4 – 32r4 .

"� - 8r4 .

"Q�Q + 24r4 .

"S�S + r4 .

"��� ) – (r4 – 2r4 .

"� - r

4 . 14 . "

Q�Q + r4 .

@4. "

S�S + r4 .

11A .

"��� )] =

= |.��

4 [(16 – 32 . "� - 8

. "Q�Q + 24 ."S�S +"��� ) – (1 – 2 .

"� -

14 . "Q�Q +

@4. "

S�S +

11A."

��� )]

= |.��4 [16 – 32 .

"� - 8

. "Q�Q + 24 ."S�S +"��� ) – 1 + 2 .

"� +

14 . "Q�Q - @4. "

S�S - 11A."

��� ] =

= |.��

4 [15 – 30 . "� – 7,5 .

"Q�Q + 22,5 ."S�S +

131A."

��� ] =

|.��4 [15 – x .

@K� – x3 .

D,3�Q + x2 .44,3�S +

131A.��.�0]

∅ = 4�

�.�.�4 � �"a15–x.30� –x3.

7,5�3 +x2.22,5�2 + 15

16.�4.�4e�K =>

Pela regra dos trapézios:

I = �� (y0 + y1) ; h = x1 – x0

Page 30: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

30 I = � �"

a15–x.30� –x3.7,5�3 +x2.22,5�2 + 15

16.�4.�4e�K

y = 1

a15–x.30� –x3.7,5�3 +x2.22,5�2 + 15

16.�4.�4e ; x0 = 0 ; x1 = L

h = L – 0 = L

y0 = 1

a15–0.30� –03.7,5�3 +02.22,5�2 + 15

16.�4.04e =

'' 

y1 = 1

a15–L.30� –L3.7,5�3 +L2.22,5�2 + 15

16.�4.�4e =

113/@K/D,3244,32(�¢�~)

= '£' 

Logo:

I = �4 (

113 +

1A13) =

'¤��P

=> ∅ = 4�

�.�.�4 . 1D�@K =

'¤��' .�.�.+�

Cálculo da Equação Geral: ce2 = a ; ce1 = b ; ci2 = c ; ci1 = d ¥/¦� =

¥/ �" => ce = a –

�� (, I §)

/�� =

/ �" => ci = c –

�� (� I #)

J(x) =

�� . {[a –

�� (, I §)]4 - [c –

�� (� I #)e4}

(a - b)4 = (a – b)² . (a – b)² = (a² - 2ab + b²) ( a² - 2ab + b²) = a4 - 4a³b – 4ab³ + 6a²b² + b4

(a - b)3 = (a – b)² . (a – b) = (a² - 2ab + b²) ( a – b) = a3 - 3a2b + 3ab2 – b3

Page 31: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

31

J(x) = |4 . {¨0 - 4 . ̈ @ .

"� (¨ I ©) - 4 . ̈ .[

"� (¨ I ©)e@ + 6 . ̈ 4 .

. [

"� (¨ I ©)e4 + [

"� (¨ I ©)e0 - {f0 - 4 . f@ .

"� (f I ª) - 4 . f .[

"� (f I ª)e@ + 6 . f4 .

. [

"� (f I ª)e4 + [

"� (f I ª)e0}} =

|4 . {¨0 - 4 . ̈ @ .

"� (¨ I ©) - 4 . ̈ .

"Q�Q [a

3 - 3a2b + 3ab2 – b3e + 6 . ̈ 4 . "S�S [¨4 – 2ab + b²e +

"��� . [a

4 - 4a³b – 4ab³ + 6a²b² + b4] - { f0 - 4 . f@ . "� (f I ª) - 4 . f .

"Q�Q .

. [c3 – 3c2d + 3cd2 – d3e + 6 . f4 . "S�S [f4 – 2cd + d²e +

"��� . [c

4 – 4c³d – 4cd³ + 6c²d² + d4] }}

=> J(x) = |4 . {¨0 - x [

0¥�/0¥Q¦� ] - x³ [

0¥�/14¥Q¦214¥S¦S/0¥¦Q�Q ] + x² [

A¥�/14¥Q¦2A¥S¦S�S ] +

+ x4[¥�/0¥Q¦/0¥¦Q2A¥S¦S2¦�

�� ] - {f0 - x [0 �/0 Q�

� ] - x³ [0 �/14 Q�214 S�S/0 �Q

�Q ] +

+ x² [A �/14 Q�2A S�S

�S ] + x4[ �/0 Q�/0 �Q2A S�S2��

�� ]}}

∅ = �� � �"

J(x)�K

Pela regra dos trapézios:

I = �� (y0 + y1) ; h = x1 – x0

I = � �"J(x)

�K

y = 1J(x) ; x0 = 0 ; x1 = L

h = L – 0 = L

y0 = '

��(¬�Ik�)

Page 32: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

32

y1 = 1­S(®�/0¥�20¥Q¦/0¥�214¥Q¦/14¥S¦S20¥¦Q2A¥�/14¥Q¦2A¥S¦S2¥�/0¥Q¦/0¥¦Q2A¥S¦S2¦�/Z�20 �/0 Q�20 �/14 Q�214 S�S/0 �Q/A �214 Q�/A S�S/ �20 Q�20 �Q/A S�S/��)

=> y1 = '

��(¯�I��)

I = �4 (

1π2(a4Ic4) +

1π2(b4Id4) ) =

�� (

'(¬�Ik�) +

'(¯�I��) )

=> ∅ =

���.| (

1(®�/Z�) +

1(³�/´�) )

ce2 = a ; ce1 = b ; ci2 = c ; ci1 = d

∅ = ��

�.� ('

(kµ�)�/(k¶�)� + '

(kµ')�/(k¶')� ) [Equação Geral]

Fazendo ce2 = a = 2r ; ce1 = b = r ; ci2 = c = r ; ci1 = d =

�4

∅ = ��

�.| (1

(1A·�/·�) + 1

(·�/¸��~) ) =

���.| (

113·� +

1�¢¸��~

) = ��

�.| (1

13·� + 1A

13�� ) =

= ��

�.| ( 1D

13��) = '¤��

' .�.�.+� (confere com o resultado anterior)

Fazendo c= d = 0 e a = b = ce2 = ce1 = ce:

∅ = ��

�.| (1

(®�/K) + 1

(®�/K) ) = ��

�.| . 4®� =

��Y�S^.( �)�.�

=

= ��

Y��^.��.� [cilindro maciço]

Fazendo c= d = ci2 = ci1 = ci e a = b = ce2 = ce1 = ce:

Page 33: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

33

∅ = ��

�.| (1

(®�/Z�) + 1

(®�/Z�) ) = ��

�.| . 4

(®�/Z�) = ��

Y�S^.a( �S)�–( �S)�e.�

= ��

Y��^.(���–���).� [cilindro vazado]

Resposta da lista: �¹��

� .�.�.+� Obs: Os cálculos efetuados para a determinação da equação geral estão corretos. Logo, a diferença da resposta da lista se deve ao fato dela estar errada ou não interpretei corretamente o desenho para poder atribuir os valores corretos de a, b, c, d em relação a r.

21) ∅ = � �(")�"�.�

�K =

4|.�. � . � º(�)ª��

K

T(x) = ?

�→

T(x) = (L – x ) . q

=> ∅ = 4

|.�. � . � a¼L– x½. qeª��K =

4¿|.�. � . � ¼L– x½ª��

K

=> ∅ = 4¿

|.�. � . (Lx - "S4 ) �

�K => ∅ = 4¿

|.�. � . (�4 - �S4 ) => ∅ =

4¿|.�. � .

�S4 => ∅ =

À.���.�.��

22)

Page 34: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

34

∅ = � �(")�"�.�

�K =

4|.�. � . � º(�)ª��

K

T(x) = ?

�→

¿� =

¿(")" => q(x) =

¿."�

T(x) = (L - x) a¿2¿(")e

4 = (L - x) a¿2Á.� e

4 = a¿(�/")2Á(Â}�).� e

4 =

ÁÂ(Â}�)ÃÁ�(Â}�)Â4

=

ÁÂS}ÁÂ�ÃÁÂ�}Á�SÂ4 =

ÁÂS}Á�SÂ4 =

À(��/��)��

∅ = 4

|.�. � . � Ä(�2I�2)2� ª��K =

¿�|.�. � . � (�4 I �4)ª��

K

=> ∅ = ¿

�|.�. � . (L².x - "Q@ ) �

�K => ∅ = ¿

�|.�. � . (L².L - �Q@ ) => ∅ =

¿�|.�. � . (

4�Q@ )

=> ∅ = �À��

��.�.��

Obs: Na lista a resposta é ∅ = À��

��.�.�� . Acredito que minha resposta está correta.

___ _____ ______

Page 35: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

35

Cálculo para o caso de uma distribuição invertida, com zero na região engastada e q na outra extremidade:

∅ = � �(")�"�.�

�K =

4|.�. � . � º(�)ª��

K

T(x) = ?

�→ T(x) =

(�/").¿(")4

¿� =

¿(")�/" => q(x) =

¿(�/")�

=> T(x) = (�/").Á(Â}�)

Â4 => T(x) = ¿(�S/4�"2"S)

4�

∅ = 4

|.�. � . � Ä(�2I2��+�2)2� ª��K => ∅ =

¿�|.�. � . � (�4 I 2�� +�4)ª��

K

=> ∅ = ¿

�|.�. � . (L².x – Lx² + "Q@ ) �

�K => ∅ = ¿

�|.�. � . (L².L – L.L² + �Q@ ) =>

=> ∅ = ¿

�|.�. � . �Q@ => ∅ =

À����.�.�� (resposta igual a da lista)

PROBLEMAS ENVOLVENDO TORÇÃO – TENSÕES EM PLANOS INCLINADOS

Page 36: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

36

23) Determine o máximo momento que pode ser resistido por um eixo circular vazado, tendo um diâmetro interno de 25 mm e um diâmetro externo de 50 mm, sem exceder a tensão normal de 70 MPa T ou a tensão tangencial de 75 MPa.

.¥�!= 70 MPa ; �¥�!= 75 MPa

Dint = 25 mm ; Dext = 50 mm

Figura: Slide do Prof. Alberto B. Vieira Jr.

Page 37: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

37 �máx =

��� =

�.��Y��^.(���–���)

�máx = �. �

Y�S^.( ��– ��) => T =

�Åá�.Y�S^.( ��– ��) � =

DK.1K~.Y�S^.Æ(K,K43)�–(K,K143)�ÇK,K43 =>

=> Tmáx = 1 610,679827 N.m

*** 24) Para o eixo mostrado, determine: a) As tensões correntes no ponto A (na superfície da haste) sobre o plano B-B (o qual é normal à superfície da peça no ponto A e faz um ângulo de 40º com o eixo da mesma). Mostre essas tensões sobre um esboço ampliado da área elementar representando o ponto A; b) As máximas tensões normais ocorrentes no ponto A. Mostre essas tensões sobre um esboço representando a área elementar em torno de A.

b) �máx =

��� =

�.�Y��^.��

= �

Y��^.��

�máx = 0|.1KQ

K,3|.(K,K3)Q =>�máx = 64 . 'P£ Pa

Page 38: REsoluçao Torçao  Lista 3

a)

Adriano Alberto

38

Page 39: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

39

.1 = 64 . cos(10°) = 63,02769619 MPa �1 = 64 . sen(10°) = - 11,11348337 MPa

Obs: Na resposta da lista, os sinais estão invertidos. Acredito que minha resposta está certa. ***25) Um cilindro maciço de aço (G = 80 GPa) com 1 m de comprimento é solicitado, torcendo de 0,03 rad. Se a tensão tangencial não excede 60 MPa, determine: a) O diâmetro permissível máximo para a peça; b) A tensão normal sobre um plano a-a, o qual é normal à superfície da peça no ponto A e tem uma inclinação de 3 para 4 com o eixo longitudinal quando a tensão tangencial máxima na peça é de 60 MPa.

a)

60. 10A = �

K,3|.( )Q => T = £P. 'P£ . 0,5 . �.(�)� (I)

0,03 = AK.1K~.K,3.|.( )Q.1K,3.|.( )�.JK.1K� => c = 0,025 m => D = 0,050 m = 50 mm

Tmáx = 30. 10A . �.(0,025)@ = 468,75 . � N.m

b)

Page 40: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

40 tg? =

@0 => $C = 36,86989765°

�$C = 73,73979529°

2?P = 90° - 73,73979529° = 16,26020471°

�1 = 60 . sen(16,26020471°) = - 16,8 MPa .1 = 60 . cos(16,26020471°) = 57,6 MPa (compressão) Obs: Na lista consta Tração

PROBLEMAS ENVOLVENDO TORÇÃO COMBINADA COM CARGA AXI AL

26)

Page 41: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

41

27)

Page 42: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

42

Page 43: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

43

Page 44: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

44

28)

Page 45: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

45

29)

Page 46: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

46

30) T – Taço – TAl = 0 ; ∅A = ∅Aço = ∅Al

��È.4,30K

Y�S^.a(K,K@J)�/(K,K4J3)�e.4D,3.1K� =

��ç�.4,30KY�S^.(K,K4J3)�.DA.1K�

TAl . ((0,0285)0.76) = TAço . (a(0,038)0 I (0,0285)0e.27,5) => TAl = 0,7818 . TAço

55 . 106 = ��á�(�ç�).K,K4J3�

S.(K,K4J3)� => Tmáx(aço) = 1 999,9408 N.m

41 . 106 = ��á�(�È).K,K@J�

S.a(K,K@J)�/(K,K4J3)�e => Tmáx(al) = 2 415,7534 N.m

Logo: Taço = 1 999,9408 N.m ;

TAl = 0,7818 . 1 999,9408 = 1 563,5537 N.m

T = Taço + TAl = 3 563,4945 N.m

∅A = ∅Aço = ∅Al = 1EEE,E0KJ.4,30K

Y�S^.(K,K4J3)�.DA.1K� = 0,0645 rad = 3,696°

31) TC = 75 N.m ; G = 80 . 109 Pa

a) �máx(CD) = ?

b) ∅CD = ?

∅CD . 0,040 = ∅A . 0,060 => ∅CD = 1,5 . ∅A (I)

F = ��

K,KAK => T(engrenagem menor) = 0,040 . ��

K,KAK

Page 47: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

47

Obs: o torque de 75 N.m é distribuído para os dois eixos. Porém, faz-se o somatório dos torques apenas para o eixo CD. Acredito que não se possam somar diretamente torques de dois eixos diferentes. A parcela do torque que é transferida para a engrenagem maior, causa uma reação na engrenagem menor, porém não significa que a reação seja com um torque igual, devido às engrenagens serem de diâmetros diferentes. Como a força exercida é igual para as duas engrenagens, essa reação é igual a F . R(Eng. menor) (não o raio da engrenagem maior). A soma dessa reação com a parcela do torque que foi distribuída para o eixo CD (TCD) é igual ao torque de 75 N.m.

TCD = 75 – 0,040 . F = 75 – 0,040 . ��

K,KAK = 75 – 0,6667 . TA (II)

∅CD = (75–0,6667.ºÊ).0,200Y�S^.(K,KKA)�.JK.1K�

=> ∅CD = 1,2280474 . 10-3 . (¤  I P, £££¤.��) (III)

∅A = TA.0,200

Y�S^.(K,KKD3)�.JK.1K� => ∅A = 5,03008252 . 10-4 . TA (IV)

∅CD = 1,5 . ∅A => ∅CD = 7,545123228 . 10-4 . TA (V)

Igualando III e V:

1,2280474 . 10-3 . (75 I 0,6667.ºÍ) = 7,545123228 . 10-4 . TA

TA = 1,627604166 . (75) - 1,085123697 . TA => TA = 58,54343922 N.m

TCD = 75 - 0,6667.ºÍ => TCD = 75 – 39,03091093 = 35,96908907 N.m

�máx(CD) = @3,EAEKJEKD.K,KKA

Y�S^.(K,KKA)� = 106,0121912 MPa

∅CD = 1,2280474 . 10-3 . (75 I 0,6667.58,54343922)= 0,044171746 rad = 2,5309°

32) G = 80 . 109 Pa ; c = 0,040 m ; T = 12 000 N.m ; L1 = 1,5 m ; L2 = 2 m

Page 48: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

48

�máx = ? ; ∅ = ?

∅ = ���� ; �máx =

� �

T2 + T1 = 12 000 N.m => T1 = 12 000 – T2

∅2 - ∅1 = 0 => �S.4

K,3.|.(K,K0K)�.JK.1K� - ��.1,3

K,3.|.(K,K0K)�.JK.1K� = 0

=>2 . T2 = 1,5 . T1 => 2 . T2 = 1,5 .( 12 000 – T2) => 2 . T2 = 18 000 – 1,5 . T2

=> T2 = 5 142,857 N.m

T1 = 6 857,143 N.m

∅ = ∅2 = ∅1 = �S.4

K,3.|.(K,K0K)�.JK.1K� => ∅ = 0,0320 rad

�máx(2) = �S. � =

3104,J3D.K,K0KK,3.|.(K,K0K)� = 51 156 944,570 Pa

�máx(1) = ��. � =

AJ3D,[email protected],K0KK,3.|.(K,K0K)� = 68 209 262,750 Pa = �máx

33) G = 80 . 109 Pa ; ci = 0,025 m ; ce = 0,050 m ; T = 13 000 � N.m ; L1 = 2 m ; L2 = 3 m

�máx = ?

∅ = ���� ; �máx =

� �

Page 49: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

49

T2 + T1 = 13 000 �N.m => T1 = 13 000 � – T2

∅2 - ∅1 = 0 => �S.@

K,3.|.a(K,K3K)�/(K,K43)�e.JK.1K� - ��.4

K,3.|.(K,K3K)�.JK.1K� = 0

=> 4,074366543 . 10-6 . T2 = 2,546479089 . 10-6 . T1

=> 4,074366543 . 10-6 . T2 = 2,546479089 . 10-6 . (13 000 � – T2)

=> 4,074366543 . 10-6 . T2 = 0,104 - 2,546479089 . 10-6 . T2 => T2 = 15 707,96327 N.m

=> T1 = 13 000 � – 15 707,96327 => T1 = 25 132,74123 N.m

∅ = ∅2 = ∅1 = ��.4

K,3.|.(K,K3K)�.JK.1K� => ∅ = 2,546479089 . 10-6 rad

�máx(2) = �S.K,K3K

� = 13DKD,[email protected],K3K

K,3.|.a(K,K3K)�/(K,K43)�e = 85 333 333,34 Pa

�máx(1) = ��. � =

431@4,[email protected],K3KK,3.|.(K,K3K)� = 128 000 000 Pa = �máx

34) GBronze = 40 . 109 Pa ; ci = 0,050 m ; ce = 0,075 m ; GAço = 80 . 109 Pa ; c = 0,025 m ;

L = 2 m ;

T = 67 000 � . 0,3 = 20 100 � N.m

∅ = ?

∅ = ���� ; �máx =

� �

Page 50: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

50

TBronze + TAço = 20 100 �N.m => TBronze = 20 100 � – TAço

∅AB = ∅Bronze = ∅Aço

=> ������.4

K,3.|.a(K,KD3)�/(K,K3K)�e.0K.1K� = ��ç�.4

K,3.|.(K,K43)�.JK.1K�

=> 1,253651244 . 10-6 . TBronze = 40,74366543 . 10-6 . TAço

=> 1,253651244 . 10-6 . (20 100 � – TAço) = 40,74366543 . 10-6 . TAço

=> 0,079163076 - 1,253651244 . 10-6 . TAço = 40,74366543 . 10-6 . TAço

=> TAço = 1 884,95607 N.m

=> TBronze = 20 100 � – 1 884,95607 = 61 261,05627 N.m

∅AB = ∅Bronze = ∅Aço

=> ∅AB = 1JJ0,E3AKD.4

K,3.|.(K,K43)�.JK.1K� = 0,076800019 rad

35) GAço = 80 . 109 Pa ; GBronze = 40 . 109 Pa ; c = 0,040 m ; LAço = 1,5 m ;

LBronze = 2,5 m ; �adm(Aço) = 130 . 106 Pa ; �adm(Bronze) = 40 . 106 Pa

∅ = ���� ; �máx =

� �

TAço + TBronze = T => TAço = T – TBronze (I)

∅Bronze - ∅Aço = 0 => �����Ï�.4,3

K,3.|.(K,K0K)�.0K.1K� - ��ç�.1,3

K,3.|.(K,K0K)�.JK.1K� = 0

Page 51: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

51

=> 5 . TBronze = 1,5 . TAço => 5 . TBronze = 1,5 .( T – TBronze) => 5 . TBronze = 1,5 . T – 1,5 . TBronze

=> 6,5 . TBronze = 1,5 . T => T = £, ',  . TBronze (II)

TAço = T – TBronze => TAço = A,31,3 . TBronze - TBronze => TAço =

'P� . TBronze (III)

�adm(Bronze) = ������.

� => 40 . 106 = ������.K,K0KK,3.|.(K,K0K)� => TBronze = 4 021,238597 N.m

�adm(Aço) = ��ç�.

� => 130 . 106 = ��ç�.K,K0K

K,3.|.(K,K0K)� => TAço = 13 069,02544 N.m (IV)

Verificando (IV) em (III):

TAço = 1K@ . 4 021,238597 = 13 404,12866 N.m > 13 069,02544 N.m

Logo, TAço = 13 069,02544 N.m

Então:

13 069,02544 = 1K@ . TBronze => TBronze = 3 920,707632 N.m

T = 13 069,02544 N.m + 3 920,707632 N.m => T = 16 989,73307 N.m

Page 52: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

52

36) A máxima tensão ocorre quando o acoplamento se dá ao mesmo tempo da aplicação de T0. Se a retirada de T0 for no mesmo instante do acoplamento, a tensão em BC será zero. Se o segmento AB girou antes do acoplamento, é necessário saber o ângulo de giro.

GBC = 80 . 109 Pa ; GAB = 40 . 109 Pa ; cAB = 0,050 m ; cBC = 0,025 m ; LAB = 2,0 m ;

LAD = 1,2 m ; LDB = 0,8 m ; LBC = 1,0 m ; T0 = 15 000 N.m

∅ = ���� ; �máx =

� �

TDC = TDB = TBC

T0 = TAD + TDC = 15 000 N.m (I)

∅BC + ∅DB - ∅AD = 0 => ���.1,K

K,3.|.(K,K43)�.JK.1K� + ���.K,J

K,3.|.(K,K3K)�.0K.1K� –

���.1,4K,3.|.(K,K3K)�.0K.1K� = 0

=> ���.1,K.J

K,3.|.(K,K43)�.JK.1K�.J + ���.K,J

K,3.|.(K,K3K)�.0K.1K� –

���.1,4K,3.|.(K,K3K)�.0K.1K� = 0

=> 8 . TBC + 0,8 . TDB – 1,2 . TDA = 0 => 8 . TBC + 0,8 . TDB = 1,2 . TAD

=> 8 . TDC + 0,8 . TDC = 1,2 . TAD => 8,8 . TDC = 1,2 . TAD (II)

Substituindo II em I:

Page 53: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

53

8,8 . TDC = 1,2 . (15 000 – TDC) => 8,8 . TDC + 1,2 . TDC = 18 000

=> TDC = TDB = TBC = 1 800 N.m

TAD = 13 200 N.m

�máx(AD) = ���.

� => �máx(AD) =

[email protected],K3KK,3.|.(K,K3K)� => �máx(AD) = 67 227 047,96 Pa

�máx(DB) = ���.

� => �máx(DB) =

1JKK.K,K3KK,3.|.(K,K3K)� => �máx(DB) = 9 167 324,722 Pa

�máx(BC) = ���.

� => �máx(BC) =

1JKK.K,K43K,3.|.(K,K43)� => �máx(BC) = 73 338 597,78 Pa

37)

a) �máx = ?

TAB = 18 000 . � N.m - 8 000 . � N.m = 10 000 . � N.m

TBC = - 8 000 . � N.m

b) ∅D = ?

∅D = ∅C = ∅AB + ∅BC

∅AB = ���.4,K

K,3.|.(K,KJK)�.JK.1K�

∅BC = ∅BC(Bronze) = ∅BC(Aço) = ���(����Ï�).1,3

K,3.|.(K,K3K)�.0K.1K� = ���(�ç�).1,3

K,3.|.a(K,KJK)�/(K,K3K)�e.JK.1K�

Page 54: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

54

=> ���(�����).1,3.11,1KD4

K,3.|.(K,K3K)�.0K.1K�.11,1KD4 = ���(�ç�).1,3

K,3.|.a(K,KJK)�/(K,K3K)�e.JK.1K�

=> 16,6608 . �ÐÑ(Ð+){Ò�) = 1,5 . �ÐÑ(�ç)) (I)

TBC = - 8 000 . � N.m = ºÓÔ(Ó�u>ÕÖ) + ºÓÔ(Íçu) => �ÐÑ(Ð+){Ò�) = - 8 000 . � - �ÐÑ(�ç)) (II)

Substituíndo II em I:

16,6608 . [ - 8 000 . � - ºÓÔ(Íçu)] = 1,5 . ºÓÔ(Íçu) => - 418 731,5751 – 16,6608 . ºÓÔ(Íçu) =

= 1,5 . ºÓÔ(Íçu) => �ÐÑ(�ç)) = - 23 056,89039 N.m

�ÐÑ(Ð+){Ò�) = - 2 075,850835 N.m

∅D = ∅C = ∅AB + ∅BC = 1KKKK.|.4,K

K,3.|.(K,KJK)�.JK.1K� - 4KD3,[email protected],3

K,3.|.(K,K3K)�.0K.1K� =

= 0,012207031 - 0,007929166116 = 0,004277864884 rad

a)

�máx[BC(Bronze)] = ���(����Ï�).

� = 4KD3,[email protected],K3KK,3.|.(K,K3K)� => �máx[BC(Bronze)] = 10 572 221,49 Pa

�máx[BC(Aço)] = ���(�ç�).

� = 4@K3A,[email protected],KJKK,3.|.a(K,KJK)�–(K,K3K)�e => �máx[BC(Aço)] = 33 831 108,76 Pa

�máx(AB) = ���.

� => �máx(AB) =

1KKKK.|.K,KJKK,3.|.(K,KJK)� => �máx(AB) = 39 062 500,00 Pa (resp)

Eixos Sólidos Não Circulares

Page 55: REsoluçao Torçao  Lista 3

Tabela

�máx = �

�'.,§� ;

a × b

Obs: para a/b × 5 => c1 = c

Tubos de Parede

�méd = �

�%.��

; ∅ = ��

��.,§�.�

= c2

Tubos de Paredes Finas com Seções Transversais Fechadas

Adriano Alberto

55

com Seções Transversais Fechadas

Page 56: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

56 ∅ =

������ .�.% . ∮#*

�A . tA = �B . tB (fluxo de cisalhamento)

q = �méd . t

Para seção circular (t constante):

�méd = �

��%.+��

∅ = ��

0(|��S )S.�٠. 2� . rm = ��

��.+�� .�%

Para seção quadrada (t constante):

�méd = �

�%.,��

∅ = ��

0¥�� .�Ù . 4 . am = ��

,�� .�%

Para seção de triângulo equilátero (t constante):

�méd = �

%.,�� .*�{£P

∅ = ��

¥�� .K.D3.�Ù . 3 . am = ���

,�� .�%

Page 57: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

57

38)

a) �máx = 0,J1�¥Q => 35 . 106 =

0,J1�(K,K3)Q => T = 909,563 N.m

∅ = D,1K��¥�.� => ∅ =

D,1K.EKE,[email protected],@43(K,K3)�.0K.1K� = 8,3953 . 10-3 rad = 0,481°

b) a = 0,070 m ; b = 0,035 m ; a/b = 2

Obs: utilizar tabela acima

�máx = �

�.¥¦S => 35 . 106 =

�K,40A.K,KDK.(K,K@3)S => T = 738,3075 N.m

∅ = ��

S.¥¦Q.� => ∅ = D@J,@KD3.K,@43

K,44E.K,KDK.(K,K@3)Q.0K.1K� = 0,500°

39) a = 0,019 m ; b = 0,0095 m ; a/b = 2 ; �máx = 100 . 106 Pa ; G = 79,3 . 109 Pa ;

∅máx = 15° = 0,2618 rad ; c1 = 0,246 ; c2 = 0,229

�máx = �

�.¥¦S => 100 . 106 =

�K,40A.K,K1E.(K,KKE3)S => T = 42,18285 N.m

∅ = ��

S.¥¦Q.� => 0,2618 = 04,1J4J3.��í�

K,44E.K,K1E.(K,KKE3)Q.DE,@.1K� => Lmín = 1,8360 m

Page 58: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

58

40) a = 0,030 m ; b = 0,020 m ; a/b = 1,5 ; G = 80 . 109 Pa ;

L = 0,750 m ; ∅máx = 2° = 0,0349 rad ; c1 = 0,231 ; c2 = 0,1958

�máx = ?

�máx = �

�.¥¦S =

�K,[email protected],K@K.(K,K4K)S => T = 2,772 . 10-6 . �máx

∅ = ��

S.¥¦Q.� => 0,0349 = �.K,D3K

K,1E3J.K,K@K.(K,K4K)Q.JK.1K� => T = 174,9356 N.m

�máx = 1D0,E@3A

4,DD4.1K}~ = 63,1081 MPa (La respuesta soy yo!!!)

41) T = 300 N.m ; �adm = 60 . 106 Pa

d = ?

a) 60 . 106 = @KK�

S. Q => c = 0,014710 m = 14,710 mm

d = 2 . c = 29,42 mm

b) a = d ; b = d ; a/b = 1 ; �adm = 60 . 106 Pa ; c1 = 0,208

�máx = �

�.¥¦S => 60 . 106 =

@KKK,4KJ.�Q => d = 28,860 mm

Page 59: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

59

c) a = 2d ; b = d ; a/b = 2 ; �adm = 60 . 106 Pa ; c1 = 0,246

�máx = �

�.¥¦S => 60 . 106 =

@KKK,40A.4�Q => d = 21,660 mm

42) T = 90 N.m ; r1 = 0,027 m ; r2 = 0,030 m ; a = 0,0025 m ; b = 0,0035 m

rm = (30 + 27)/2 = 28,5 mm = 0,0285 m

�méd = �

4Ù.Í� => �a(méd) = EK

4.K,KK43.|.K,K4J3S = 7,054 MPa

�b(méd) = EK

4.K,KK@3.|.K,K4J3S = 5,039 MPa

*** 43) T = 90 N.m ; r1 = 0,038 m ; r2 = 0,040 m ; a = 0,004 m ; b = 0,002 m

Page 60: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

60

A total = (�� + Asegmento

Obs: na questão r ≠ l

Asegmento = Asetor - Atriângulo

2� ------ � . r2

? ------- Asetor

=> Asetor = $.+�� (? em radianos)

Atriângulo = ?

Diagonal do quadrado = l√2 = base do triângulo

Dividindo o triângulo isósceles em dois triângulos retângulos para calcular a altura h:

Page 61: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

61

r2 = (Ü√44 )2 + h2 => h2 = r2 - ÜS4 => h = X�4 I ÜS4

Atriângulo = XÜS4 . (�4 I ÜS4) = X(�.+�

� I (��

Cálculo de ?:

No mesmo trângulo retângulo, obtemos:

Fazendo ]4 = B

�vÖ>EK =

È√SSvÖ>Ý => senB = Ü√44� => B = arcsen(

Ü√44� )

=> $ = 2 . arcsen( (√��+ )

Então,

Asetor = r2 . arcsen( (√��+ )

Vamos agora calcular a área do segmento:

Asegmento = Asetor - Atriângulo

Page 62: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

62 => Asegmento = r2 . arcsen( (√��+ ) - X(�.+�

� I (��

Cálculo da área total:

Atotal = ÜS4 + Asegmento =>

A total = (�� + r2 . arcsen(

(√��+ ) - X(�.+�

� I (��

Obs: O arcsen tem que ser calculado em radianos

Cálculo da área média:

Am = (��� + +�� . arcsen(

(�.√��+� ) - X(�� .+��

� I (���

rm = (40 + 38)/2 = 39 mm = 0,039 m

lm = 55 – 2 – 1 = 52 mm = 0,052 m

Logo,

Am = 1,352 . 10-3 + (1,521 . 10-3) . (1,230959417) – 4,780041841 . 10-4 =>

Am = 2,746285089 . 10-3 m²

Page 63: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

63

�méd = �

4Ù.Í� => �a(méd) = EK

4.K,KK0.4,D0A4J3KJE.1K}Q = 4,096 MPa

�b(méd) = EK

4.K,KK4.4,D0A4J3KJE.1K}Q = 8,193 MPa

Testando a validade da equação fazendo l = r:

A total = �S4 + r2 . arcsen(

�√44� ) - X�S.�S

4 I ��0

= �S4 + r2 .

|0 - X��

0 = 4�S2|.�S

0 - �S4 = 2�2+�.�2I2�2

0 = �.+�

� (ok)

44) t = 0,0015 m ; �adm = 2,5 . 106 Pa

�méd = �

4Ù.Í�

am = 0,050 – 0,0015 = 0,0485 m ; bm = 0,020 – 0,0015 = 0,0185 m

Am = am . bm + (am – bm) . bm = bm . (2am – bm)

Am = 0,0185 . 0,0785 = 1,45225 . 10-3 m²

2,5 . 106 = ��á�

4.K,KK13.1,03443.1K}Q => Tmáx = 10,891875 N.m

Page 64: REsoluçao Torçao  Lista 3

Adriano Alberto

64 45) t = 0,0032 m ; T = 339 N.m ; �adm = 3,45 . 106 Pa

d = ?

3,45 . 106 = @@E

4.K,KK@4.Í� => Am = 0,01535326 m²

Am = (d – 0,0032) . (3 . 0,051 – 0,0032) + 0,0635 . (0,051 – 0,0032) = 0,01535326

=> (d – 0,0032) . 0,1498 + 0,0635 . 0,0478 = 0,01535326

=> 0,1498 . d - 4,7936 . 10-4 + 3,0353 . 10-3 = 0,01535326 => d = 0,085429372 m =>

d = 85,429 mm

Concentração de Tensão

Torção Inelástica

Tensão Residual