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Questões de Concurso sobre Elasticidade Linear, Plasticidade, Fratura, Fadiga e Flambagem
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Um componente mecânico é submetido a tensões cíclicas com uma tensão máxima de σmax=300 MPa e uma tensão mínima de σmin=100 MPa. Sabe-se que o material apresenta os seguintes parâmetros de resistência à fadiga:
• Limite de resistência à fadiga, σe=250 Mpa;
• Exponente da curva de fadiga, b=−0,10;
• Coeficiente da curva de fadiga, σf′=1000 MPa.
O número de ciclos até a falha Nf do componente pode ser determinado utilizando a equação de Basquin:
𝜎𝑎 = 𝜎′𝑓 ∙ (2𝑁𝑓) b
onde: 𝜎𝑎 é a amplitude de tensão 𝜎𝑎 = 2σmax−σmin.
Desta forma o número de ciclos do componente até a falha (Nf) é:
A
5 x 109 ciclos.
B
5 x 108 ciclos.
C
1 x 1010 ciclos.
D
2 x 1010 ciclos.
Na associação de molas em paralelo, o coeficiente elástico resultante é a soma dos coeficientes individuais das molas; já na associação em série, o inverso do coeficiente elástico resultante é o somatório dos inversos dos coeficientes individuais de cada mola.
C
Certo
E
Errado
Sobre a análise de estruturas metálicas, é correto afirmar que
A
lanternins são utilizados para aumentar a resistência das estruturas metálicas.
B
treliças são projetadas estritamente para resistir a esforços de cisalhamento.
C
estruturas metálicas são recomendadas para ambientes corrosivos.
D
pórticos são estruturas que resistem apenas a cargas axiais.
E
vigas resistem principalmente a esforços de flexão.
Na análise de fadiga dos materiais, o comportamento de uma peça sujeita a tensões cíclicas é frequentemente representado por uma curva SSS-NNN (tensão versus número de ciclos até a falha). Considerando este contexto, qual das afirmações a seguir está INCORRETA?
A
A curva SSS-NNN para materiais ferrosos frequentemente apresenta um limite de fadiga, abaixo do qual o material pode teoricamente suportar um número infinito de ciclos.
B
O aumento da frequência de carregamento cíclico reduz a vida em fadiga do material devido ao aquecimento interno causado pelo atrito entre as partículas.
C
A presença de entalhes ou descontinuidades geométricas aumenta o fator de concentração de tensão, reduzindo a resistência à fadiga do material.
D
A temperatura do ambiente de operação pode alterar significativamente a resistência à fadiga, especialmente em materiais poliméricos e metálicos submetidos a altas temperaturas.
A respeito das propriedades mecânicas do aço conforme as curvas de tensão-deformação do gráfico 3A3, assinale a opção correta.
A
A região elástica é o estágio no qual o material se deforma, respeitando a regra de retorno residual a, pelo menos, 80% da posição original, ao se remover a carga
B
O limite de escoamento é o ponto no qual a curva tensão-deformação se torna linear.
C
O ponto de limite de proporcionalidade corresponde ao ponto em que a curva tensão-deformação deixa de ser linear e começa a apresentar uma curvatura perceptível.
D
O pico de tensão na curva tensão-deformação indica o ponto em que o material atinge sua máxima resistência antes da falha.
E
O limite de resistência e o limite de escoamento coincidem quando o aço é de alta dureza.
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Ao analisar os esforços em uma viga engastada (apoio fixo) em uma das suas extremidades e submetida ao carregamento constante distribuído linearmente do seu próprio peso, é incorreto afirmar.
A
A carga distribuída linear produz uma força resultante cujo valor é igual à área sob o diagrama de carga e cuja a localização passa pelo centroide dessa área
B
O engaste produz forças de reação na direção axial e transversal a viga e também produz um momento de reação
C
Os carregamentos da força cortante e do momento fletor são constantes e distribuídos linearmente ao longo da viga
D
O método das seções pode ser usado para determinar as cargas internas que agem sobre a superfície da viga
E
Em geral, as cargas internas consistem em uma força normal, uma força de cisalhamento, um momento de torção e um momento fletor
Considere um eixo maciço de seção transversal circular, com diâmetro d = 38 mm, transmitindo uma potência de 55 kW e girando a 750 rpm. Nessas condições, a máxima tensão de cisalhamento atuante no eixo é de:
Dado: J=32πd4
A
6,5 MPa
B
16 MPa
C
32 MPa
D
65 MPa
E
130 MPa
O comportamento de um material ao ser submetido a um carregamento é de extrema importância para o levantamento das suas propriedades. Um exemplo é a relação entre tensão-deformação, podendo ser obtida experimentalmente por meio de ensaios de tração.
Relacione os tipos de materiais às respectivas descrições dos seus diagramas tensão-deformação.
1. Elástico Linear
2. Elástico Perfeitamente Plástico
3. Elástico com endurecimento linear
4. Perfeitamente Plástico
( ) a tensão é constante para qualquer que seja a deformação.
( ) a relação entre tensão e deformação é linear para qualquer nível de tensão.
( ) o diagrama é composto por duas retas com inclinações diferentes e não nulas.
( ) para pequenas deformações o material apresenta relação linear entre tensão e deformação, porém após uma determinada deformação a tensão passa a ser constante.
Assinale a opção que apresenta a relação correta, segundo a ordem apresentada.
A
1 – 2 – 4 – 3.
B
2 – 1 – 4 – 3.
C
3 – 4 – 1 – 2.
D
4 – 1 – 3 – 2.
E
4 – 2 – 1 – 3.
A Mecânica da Fratura trata do comportamento à fratura de componentes contendo defeitos ou trincas sob condições semelhantes às encontradas na prática.
Materiais de engenharia podem fraturar de forma dúctil ou frágil, dependendo de sua capacidade de tolerar deformação plástica.
No que se refere à ductilidade, assinale a afirmativa incorreta.
A
O material apresenta uma considerável deformação plástica após a ruptura do mesmo.
B
A ductilidade representa uma medida do grau de deformação plástica que o material suporta antes de ocorrer a ruptura.
C
A ductilidade é uma propriedade mecânica que se refere à capacidade de um material de se deformar (geralmente por esticamento) sem se romper.
D
O ouro é um dos metais mais dúcteis e pode ser esticado em fios extremamente finos, o que é útil para a criação de joias detalhadas.
E
A ductilidade de um material é determinada por vários fatores, incluindo sua estrutura atômica, a temperatura, a taxa de deformação e a presença de impurezas ou defeitos na estrutura do material.
Constata-se que uma viga simplesmente apoiada com seção transversal quadrada de 10 mm x 10 mm e comprimento de 1,5 metros, que suporta uma massa de 2,5 kg em seu ponto médio, tem uma frequência natural de vibração transversal de 30 rad/s. Desprezando o peso próprio da viga, assinale a alternativa correta que corresponde ao valor da rigidez da viga.
A
225 N/m
B
75 N/m
C
7500 N/m
D
2250 N/m
E
750 N/m
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De acordo com a teoria de flambagem em colunas, assinale a opção correta.
A
Uma coluna sofre flambagem em torno do eixo principal de seção transversal que tenha o maior momento de inércia.
B
Se uma coluna sofre uma carga axial (P) acima da carga axial crítica (Pcr), o equilíbrio dessa barra é estável.
C
A carga crítica (Pcr) em uma coluna com extremidades engastadas é maior do que uma coluna com as mesmas dimensões e que tem uma extremidade engastada e outra extremidade livre.
D
Quanto maior o comprimento de uma coluna, menor será sua tendência a sofrer flambagem.
E
Flambagem é a instabilidade repentina que ocorre em colunas ou elementos estruturais que suportam uma carga radial.
Relacione a Coluna 1 à Coluna 2, associando as propriedades mecânicas abaixo às suas descrições.
Coluna 1
1. Ductilidade.
2. Módulo de Elasticidade.
3. Tensão de Ruptura.
4. Tensão de Escoamento.
Coluna 2
( ) Representa a capacidade de um material retornar à sua forma original após a remoção da carga.
( ) Indica a maior tensão que um material pode suportar antes de se romper.
( ) Refere-se à resistência do material a mudanças permanentes na forma sob tensão, geralmente expressa como limite de proporcionalidade.
( ) Mede a capacidade de um material de se deformar plasticamente antes de se romper.
A ordem correta de preenchimento dos parênteses, de cima para baixo, é:
A
1 – 2 – 3 – 4.
B
2 – 3 – 4 – 1.
C
3 – 4 – 1 – 2.
D
4 – 1 – 2 – 3.
E
4 – 3 – 2 – 1.
Considerando a lei de Hooke para um estado de tensão, segundo a qual a razão entre a tensão aplicada e a deformação, no regime elástico, é constante, julgue os itens a seguir.
I A referida constante é denominada módulo de Young.
II A lei de Hooke é válida para tensões de tração e tensões de cisalhamento.
III A razão entre a deformação lateral e a deformação axial, para um carregamento à tração, equivale à razão de Poisson.
Assinale a opção correta.
A
Nenhum item está certo.
B
Apenas os itens I e II estão certos.
C
Apenas os itens I e III estão certos.
D
Apenas os itens II e III estão certos.
E
Todos os itens estão certos.
Muitas vezes um elemento pode estar sujeito a várias cargas simultaneamente e, para determinar a distribuição de tensão resultante, é necessário determinar a distribuição de tensão devido à cada carga e, então, aplicar a superposição para determinar a distribuição de tensão resultante.
Considerando o elemento sujeito às cargas na figura:
Em relação às cargas, com as tensões desenvolvidas no elemento, avalie as afirmativas a seguir.
I. No ponto B, a carga horizontal de 10 kN desenvolve uma tensão normal de compressão.
II. No ponto A, a carga vertical de 20 kN desenvolve uma tensão de cisalhamento.
III. No ponto B, a carga vertical de 20 kN desenvolve uma tensão de flexão de compressão.
IV. No ponto A, a carga vertical de 20 kN desenvolve uma tensão de flexão de tração.
V. No ponto A, a carga horizontal de 10 kN desenvolve uma tensão normal de tração.
Está CORRETO apenas o que se afirma em:
A
I e II.
B
I e IV.
C
I e III.
D
II e V.
E
IV e V.
Suponha que, sob carga estática, um elemento de tensão em um ponto de um corpo submetido a um estado plano de tensões tenha tensões principais σ1 e σ2 com valores positivos. Nesse caso, a máxima tensão de cisalhamento, τmax, equivale a τmax=2σ1−σ2.
C
Certo
E
Errado
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Tendo como referência inicial o gráfico 3A3, assinale a opção correta.
A
O coeficiente angular dos segmentos lineares das curvas no gráfico corresponde ao módulo de elasticidade do material, considerado como uma medida de rigidez ou de resistência do material à deformação elástica.
B
Associa-se ao módulo de resiliência a energia de deformação por unidade de seção transversal exigida para tensionar um material, desde um estado com ausência de carga até a sua tensão limite de escoamento.
C
A resistência mecânica de um material aumenta proporcionalmente com o número de átomos do reticulado cristalino.
D
A curva tensão-deformação representa o comportamento de um material submetido a um gradiente térmico quando tracionado por uma carga externa, cujas características evidenciam capacidade de esforço e resistência, para cada intervalo de temperatura, por regiões de interesse, divididas em elástica, plástica e de histerese.
E
Se, no ensaio de compressão, a área inicial da seção transversal de uma amostra for 100 mm² e a área final resultar em 120 mm², então a estricção terá sido de 20%.
Considerando que as curvas de tensão-deformação do gráfico 3A3 se refiram a um aço dúctil e a um aço frágil, respectivamente, assinale a opção correta.
A
No material frágil, a ruptura ocorre após a estricção, geralmente com uma deformação significativa e uma área de fratura irregular; no material dúctil, a ruptura geralmente ocorre de forma súbita e sem aviso prévio, com uma área de fratura lisa e plana, característica de um modo de fratura transgranular
B
A curva de um material frágil exibirá uma região elástica mais extensa e linear, indicando uma maior capacidade de deformação elástica antes do início da deformação plástica, enquanto a curva de um material dúctil terá uma região elástica relativamente curta e abrupta, indicando uma menor capacidade de deformação elástica antes do início da falha.
C
No material frágil, o limite de escoamento é claramente definido, marcando o início da deformação plástica perceptível, e a curva continuará a se estender na região plástica após o limite de escoamento; no material dúctil, por sua vez, o limite de escoamento pode não ser claramente definido, ou pode nem mesmo existir.
D
No material frágil, a estricção é uma característica proeminente, indicando uma deformação localizada e uma maior capacidade de absorver energia antes da falha; no material dúctil, a estricção pode ser minimizada ou ausente.
E
Na curva do material dúctil, é comum observar um pico de tensão pronunciado antes da ruptura, o que indica a máxima resistência do material antes da falha; na curva do material frágil, o pico de tensão pode ser menos pronunciado ou até mesmo ausente.
A equação da linha elástica de uma viga submetida à flexão, expressa por ρ1=EIM, em que ρ é a curvatura, M, o momento fletor, E, o módulo de elasticidade e I, o momento de inércia, é aplicável a vigas de material não homogêneo, isotrópico e elástico linear, desde que as deformações, as rotações e os deslocamentos da viga sejam grandes.
C
Certo
E
Errado
Módulo de elasticidade é
A
uma medida da resistência de um material ao impacto.
B
a capacidade de um material de se deformar permanentemente sem quebrar.
C
uma propriedade que independe do tipo de material.
D
a relação entre a tensão e a deformação elástica de um material.
E
influenciado apenas pela temperatura do material.
Uma caixa é sustentada por quatro cabos em paralelo, os quais encontram-se conectados ao teto e a caixa diretamente. Considere que os cabos são todos iguais e podem ser considerados flexíveis, com módulo de elasticidade 𝐸 e seção reta de área 𝐴.
Assinale a opção que indica a rigidez equivalente desse sistema de cabos.
A
4LEA.
B
2LEA.
C
L2EA.
D
L4EA.
E
EA4L.
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