FLEXÃO
Ensaio de flexão
O ensaio de flexão consiste na aplicação de uma carga crescente em determinados pontos de uma barra bi apoiada, em geral, os ensaios são de dois tipos sendo o ensaio de flexão 3 pontos (Figura 1a) ou ensaio de flexão 4 pontos (Figura 1b).
Simultaneamente, durante o ensaio são monitoradas a carga aplicada e a deflexão da barra, o ensaio de flexão é caracterizado por trabalhar apenas no regime elástico de deformação até a fratura ou deformação de 5% do CP.
Por isso, esse ensaio é amplamente aplicado para materiais frágeis e duros, por exemplo, ferro fundido, aços ferramenta, compósitos e cerâmicos estruturais, mas também pode ser utilizado para polímeros.
Através desse ensaio é possível conhecer o comportamento do material e estudar os efeitos da geometria do seu perfil quando submetido a esforços de flexão, muito comuns em aplicações industriais e estruturais.
As principais propriedades que podem ser obtidas são a deflexão máxima de ruptura, os módulos de ruptura, elasticidade, resiliência e tenacidade.
Figura 1: ensaio de flexão, a) ensaio de flexão 3 pontos e b) ensaio de flexão 4 pontos
Equipamento para ensaio de flexão
O ensaio de flexão pode ser realizado em uma máquina universal de ensaio, que é capaz de realizar diversos outros ensaios mecânicos.
A máquina pode ser hidráulica ou eletromecânica, a hidráulica é capaz de aplicar cargas maiores, enquanto a eletromecânica permite maior controle sobre variação de velocidade e deslocamento da mesa de carga, no caso do ensaio de flexão, o controle dessa velocidade influencia nos resultados do ensaio.
Em geral, as barras são apoiadas em cutelos, batentes ou roletes, que podem girar para minimizar a fricção e atrito entre a interface do CP e dos apoios. Estes são espaçados em uma distância L, que varia de acordo com comprimento corpo de prova utilizado.
A carga é aplicada em uma mesa de carga, que distribui a força em um ou dois pontos na barra ensaiada, essa carga aplicada é medida instantaneamente por um dinamômetro ou célula de carga. Enquanto que a deflexão da barra, ou flecha, é medida durante todo ensaio utilizando extensômetro ou relógio comparador.
Corpo de Prova (CP) para o ensaio de flexão
Os resultados do ensaio dependem fortemente da geometria do perfil transversal do CP, bem como, da presença de defeitos superficiais.
Os corpos de prova são barras com seção transversal qualquer e constante, são preferíveis seções retangulares e circulares para facilitar os cálculos, algumas relações dimensionais são típicas, por exemplo, recomenda-se que a relação comprimento/espessura não seja inferior a 15 e a relação largura/espessura não seja superior a 10.
Através da escolha do corpo de prova é possível fazer medições do material e comparar quais os melhores perfis desse mesmo material para determinada aplicação (Figura 2).
Para correções de uma seção transversal não completamente uniforme e padronização dos corpos de prova escolhidos e utilizados, segue-se a norma A-438 ASTM.
Figura 2: Influência da forma da seção transversal do corpo de prova sobre a curva carga-deflexão realizada no ensaio de flexão
Devido a facilidade de preparação do corpo de prova em relação à outros ensaios, quanto mais duro o material, mais esse processo tem vantagens, pois a usinagem e preparação do CP são mais rápidos e simples. Isso justifica a ampla aplicação para metais duros e materiais cerâmicos.
Contudo, também pode ser aplicado para polímeros, considerando deformação máxima de 5% no regime elástico.
O CP polimérico pode ser injetado ou retirado de chapas, recomendam-se corpos de provas com espessura maiores que 1,6 mm e a relação distância entre o apoios/espessura igual a 16.
As normas recomendadas para materiais poliméricos é a ASTM D790 e ISSO 178.
Gráfico tensão-deformação do ensaio de flexão
No caso do ensaio de flexão, pode-se denominar o gráfico como carga-deflexão, esse ensaio permite reproduzir laboratorialmente o comportamento mecânico do material, em situações às quais ele é submetido em aplicações práticas.
Durante o ensaio ocorre um complexo estado de tensões no interior do CP, por isso, algumas hipóteses são assumidas.
A maioria das equações é previstas na norma ASTM E855 – 90, principalmente para CP de seção transversal circular e retangular.
Desse modo, é possível o calcular a deflexão máxima do ensaio, e em seguida os módulos relacionados às propriedades mecânicas.
O módulo de ruptura ou resistência à flexão se relaciona ao valor máximo da tensão de tração na camada mais externa do CP.
O módulo de Elasticidade em flexão é obtido com a inclinação da curva, o módulo de Resiliência é determinado em função da tensão aplicada e dimensões do CP no regime elástico e, por fim, o módulo de Tenacidade é calculado através da área total abaixo da curva no gráfico.
Importância e aplicações do Ensaio de Flexão
Já sabemos que os principais parâmetros que são medidos ou calculados através do ensaio de flexão são:
- Resistência à flexão,
- Tensão de flexão máxima,
- Módulo de elasticidade tangente e/ou secante,
- Deformação sob flexão.
No diagrama tensão x deformação é possível obter diversos dados sobre o material, necessários ao estudo de aplicabilidade, pesquisa e controle de qualidade do produto final.
Agora vem a pergunta: Qual a aplicabilidade prática do Ensaio de Flexão ?
A Resistência à Flexão e o Módulo de Elasticidade permitem que os projetistas consigam dimensionar uma peça e prever a sua deformação, quando esta é sujeita a um esforço que lhe provoca flexão, garantido a segurança aos estados limites de rotura e de serviço.
Alguns conceitos - Terminologias
Esforço cortante: (F)Carga que tende a provocar cisalhamento da estrutura e consequente
flexão da mesma pois o comprimento da barra não é desprezado. O Esforço
cortante é representado neste curso por Q, e, pode ser, positivo ou negativo,
dependendo da convenção de sinais adotada.
Pode ser definido como o momento resultante de todas as
forças que são aplicadas na estrutura. Quando se trata de flexão, é possível
conhecer o valor do momento fletor em cada ponto da estrutura. O momento fletor
também pode ser positivo ou negativo.
- · Quando as fibras inferiores da estrutura são comprimidas, o momento fletor é negativo.
- · Quando as fibras inferiores da estrutura são tracionadas, o momento fletor é positivo.
Coeficiente de segurança (k) Basicamente é um valor numérico que funciona como fator de correção com a finalidade de aumentar as dimensões da estrutura garantindo desse modo maior segurança ao projeto.
Equação geral da flexão A equação matemática que dimensiona uma estrutura sujeita a esforço de flexão é dada por:
Tensão admissível É um resultado de tensão obtido dividindo-se a tensão de escoamento do material utilizado no projeto pelo coeficiente de segurança empregado, pode ser calculada do seguinte modo:
Módulo de resistência à flexão (wx)
Representa em termos
numéricos como determinado tipo de seção reage ao esforço, o seja, representa à
resistência da seção em relação ao esforço de flexão. Para cada tipo de seção
transversal estudada tem-se uma equação diferente para se calcular o valor de
wx.
Por definição, módulo de resistência à flexão é a relação entre o momento de inércia da seção em relação à um eixo e a distância do ponto mais afastado da seção àquele eixo.
Módulo de ruptura (M r )
É o valor máximo das tensões de tração e compressão nas fibras externas do corpo de prova:
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Ensaios de flexão - Dimensionamento - Cálculos
Determinação da resistência à Flexão
- Ensaio de Flexão - Zwick Roell - ACESSE AQUI
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