Questões de Concurso sobre Elasticidade Linear, Plasticidade, Fratura, Fadiga e Flambagem

Fratura por fadiga é o fenômeno de ruptura progressiva de uma peça metálica submetida por longos períodos a uma tensão ou carga constante abaixo do limite de escoamento.

Os elementos orgânicos de máquinas trabalham suportando e transmitindo esforços, quase sempre em regime contínuo. Considerando a atuação de forças sobre uma barra metálica, relacione os esforços solicitantes a seguir às suas respectivas definições, e marque a alternativa CORRETA:

1. Cisalhamento;

2. Compressão;

3. Flexão;

4. Flambagem;

5. Torção;

6. Tração.

A. Tende a acorrer quando a barra é analogamente solicitada por duas forças que atuam em direção ao eixo da barra, produzindo o seu encurtamento.

B. Ocorre quando a barra em questão é proporcionalmente muito comprida em relação à sua seção transversal.

C. Pode ser observado(a) quando duas forças atuam sobre a barra (eixo fixo) em um plano perpendicular ao seu eixo, tendendo a rotacionar cada seção reta da barra em relação à outra.

D. Acontece quando duas grandes forças opostas atuam sobre a barra em sentido perpendicular ao seu eixo.

E. Ocorre quando um agente externo puxa a barra para baixo e o apoio (fixação) desta reage em sentido contrário, resultando em duas forças que atuam na direção axial da barra e perpendicular à sua seção transversal; tal esforço produz um alongamento da barra.

F. Quando uma força atua perpendicularmente ao eixo da barra, provocando ou tendendo a provocar a sua curvatura.

A deformação é uma grandeza adimensional, com valor positivo para alongamentos e negativo para contração.

Normalmente as concentrações de tensão em eixos dúcteis sujeitos a torque estático são mais relevantes que em matérias frágeis.

Uma barra cilíndrica com diâmetro de 25 mm e comprimento inicial de 250 mm é submetida a uma força axial de tração de 165 kN, resultando em um alongamento de 1,2 mm. Sabendo que a tensão de escoamento do material da barra é de 440 MPa, calcule o módulo de elasticidade do material e assinale a opção correta. Considere $\pi$= 3,14.

A mecânica dos sólidos ou resistência dos materiais permite ao técnico mecânico dimensionar componentes e estruturas de forma a garantir sua integridade, vida útil e segurança. Em um método de dimensionamento de um determinado elemento, o uso de um fator de segurança igual a 4 (quatro) indica que

Uma barra de seção transversal quadrada (40 mm x 40 mm) está engastada de um dos extremos. Supondo que seja aplicada uma força axial de 1.000 N ao longo do eixo do centroide da área da seção transversal da barra. Determine a tensão normal média e a tensão de cisalhamento média que atuam sobre o material em um plano de seção transversal:

Um eixo de aço carbono, com módulo de elasticidade transversal igual a 80 GPa, possui diâmetro de 20 mm e comprimento de 2,0 m. Sabendo que a máxima tensão cisalhante admissível nesse eixo vale 200 MPa, o maior ângulo de torção admitido por esse eixo é

Uma tensão de tração deve ser aplicada ao longo do eixo do comprimento de uma barra cilíndrica de latão com diâmetro de 20 mm. Determine a magnitude da carga necessária para produzir uma variação de 3,4x10^-3 mm no diâmetro, se a deformação for puramente elástica.

Dados:

Coeficiente de Poisson para o latão: 0,34;

Módulo de elasticidade: 97 GPa; e

$\pi$ = 3,14.

Um ensaio de tração em um corpo de prova metálico, que apresentava comprimento original de 154 mm, atingiu um comprimento final de 181 mm. Determine o alongamento do corpo de prova.

Complete a lacuna a seguir: Na ___________________ o projeto de um elemento estrutural ou componente de máquina, deve-se considerar que a carga limite do material seja maior que o carregamento que este irá suportar em condições normais de utilização.

Imagine que você possui um tubo maciço e circular de material desconhecido e, para determinar o material, resolve determinar seu módulo elástico. Para começar seu processo, você realiza duas marcações no tubo com o auxílio de uma caneta. As marcações possuem distância de 250 mm uma da outra. Sabendo que o diâmetro do tubo é de 10 milímetros e que uma força axial aplicada é de 5 kN, resultando em um afastamento entre as marcações de 250,17 milímetros, determine o módulo elástico do material e, em seguida, assinale a alternativa que apresenta o material que consta na seguinte tabela cujo valor do módulo elástico mais se aproxima do resultado encontrado.

Considere um eixo de seção circular com 20 mm de diâmetro, submetido a um momento torçor de 10.$\pi$ N.m e com módulo transversal de elasticidade de 70 GPa. O valor da tensão de cisalhamento máxima, em MPa, é:

Um eixo é formado por dois cilindros com diâmetros de 200 mm e 400 mm como indicado na figura a seguir. Dimensões em mm.

Os cilindros são formados por material com módulo de elasticidade longitudinal igual a 132 GPa e coeficiente de Poisson de 0,30.

Admitindo π = 3,0 e sabendo que o torque T imposto é de 3,0 MNmm, a rotação na extremidade de aplicação da carga é de:

Um aço laminado a quente tem resistência ao escoamento de Syt=Syc= 510 MPa e uma deformação verdadeira na fratura de εf = 0,05. Calcule o fator de segurança para o estado de tensão principal (490, 490, 490) MPa.

Uma viga em balanço tem uma carga concentrada F na extremidade, conforme mostra a figura abaixo.

A energia de deformação na viga desprezando o cisalhamento é:

Um ensaio foi realizado para se obter o valor do módulo de elasticidade E do material utilizado na fabricação de um corpo de prova de comprimento inicial conhecido l₀. O corpo de prova foi preso ao solo no ponto "L" e tracionado através da aplicação de um peso conhecido Q, ligado à extremidade "H" de uma barra rígida pivotada no ponto O. A deformação observada no corpo de prova não ultrapassa seu limite elástico. Conforme apresentado na figura abaixo, a polia móvel faz a ligação entre o corpo de prova (ponto M) e a barra (ponto J), sendo ligada por um fio ideal ao referencial inercial (ponto K). Um técnico realizou a leitura do ângulo $\theta$, a variação do comprimento do carpo de prova $\Delta l$ e sua área A no equilíbrio estático do conjunto. Marque a opção que apresenta o módulo de elasticidade do material, em função das grandezas fornecidas no enunciado e na figura, considerando: a lei de Hooke e que os cabos e polias são ideais (inextensíveis e sem massa).

O aumento da vibração indicará alterações no estado da máquina quando se pratica o monitoramento de equipamentos rotativos, dado que a intensidade da vibração é diretamente proporcional à força de excitação (movimento normal rotativo e alternativo, desbalanceamento, choque) e ao grau de mobilidade do sistema (rigidez e folgas).

Observe as afirmações abaixo :

"Um dos fatores que influencia o limite de resistência à fadiga de um elemento de máquina fabricado em aço é o acabamento superficial."

(afirmação 1)

PORQUE

"após certo número de ciclos, normalmente entre 10⁶ e 10⁷, a tensão que causa a ruptura por fadiga destes materiais tende a um valor constante."

(afirmação 2)

Dentre as opções a seguir, a correta é:

Uma barra chata de alumínio de 100 x 50mm e de comprimento 2,0m está sujeita a uma carga axial de 80kN.

Considerando o Coeficiente de Elasticidade do Alumínio igual a E_Al = 69 GPa, a tensão atuante na barra e o alongamento total sofrido pela barra devido ao esforço aplicado serão de, respectivamente,