MAPA – MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECÂNICA – 52/2023

M.A.P.A. – MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECÂNICA
Seleção de materiais sujeitos a esforços mecânicos

Olá, estudante!
Tudo bem? Seja bem-vindo(a) a nossa atividade M.A.P.A. da disciplina Materiais de construção mecânica. Esta atividade tem como tema “Seleção de materiais para esforços mecânicos”. Nesta atividade você encontrará situações em que terá que aplicar os conhecimentos adquiridos durante a disciplina de Materiais de construção mecânica para a solução de alguns problemas.

As suas tarefas nesse M.A.P.A. serão:
– Selecionar materiais adequados para as aplicações propostas.
– Identificar falhas que ocorreram devido à escolha inadequada dos materiais.

Bom trabalho!
Profº Dário Machado Júnior

Durante a disciplina de Materiais de construção mecânica conhecemos diversos materiais e vimos diversas possibilidades de aplicações para estes materiais, o que nos possibilita identificar situações em que os materiais estudados são adequados ou não, situações essas que podem envolver a resistência mecânica do material, ductilidade, resistência à corrosão, entre outras.
Nesta atividade, você é o(a) engenheiro(a) responsável pela manutenção de uma indústria e encontrará alguns cenários em que necessitará aplicar os conhecimentos adquiridos nas disciplinas de ciência dos materiais e na disciplina de materiais de construção mecânica.
Durante o seu turno de trabalho, houve uma falha em uma peça que suportava uma carga de tração, e você será responsável por analisar qual o comportamento do material que falhou e decidir as características de um material para substituí-lo. Como você não tem conhecimento sobre qual material foi utilizado para produção da peça, você decide fazer um corpo de prova para ensaio de tração e então realiza o ensaio. O gráfico que você obtém do material é o seguinte:

a) ​Fazendo uma análise do gráfico, esse material seria um material dúctil ou um material frágil? Com relação à escolha de um material para substituir o material que apresentou a falha, qual propriedade você julga que o novo material deve possuir acima ou abaixo do material que falhou, para que esse material tenha uma maior resistência à carga aplicada? Qual é o ponto representado pela letra C?

b) Devido à implantação de um novo setor, você como engenheiro será responsável pela seleção de elementos de fixação para uma junção que deverá suportar uma carga de tração de 8 ton. Sabendo que cada parafuso a ser utilizado possui um diâmetro útil de 8,5mm de diâmetro, qual a quantidade de parafusos necessárias para suportar a carga? Considere o limite de escoamento do material = 700MPa e utilize um coeficiente de segurança de 3.

c) Durante uma manutenção preventiva, você notou que um eixo possuí uma trinca, então você decidiu substituí-lo, no entanto, você não pode aumentar o diâmetro (6cm) do eixo devido a limitações de espaço do local, mas deve utilizar um coeficiente de segurança de 5. Seu primeiro passo para dimensionar o eixo foi observar a rotação de trabalho do motor (120rpm) e a potência dele (60CV), dessa forma você conseguiu encontrar o Torque do motor utilizando a fórmula:

Em que P é a potência do motor (em W), T é o torque (em N.m) e 𝜔 a rotação em (rad/s)

Os fabricantes com que você solicitou orçamento garantem as seguintes propriedades para tensão de cisalhamento no material, e você deve escolher entre um destes:

Fonte: o autor.

​Para este cálculo você deve utilizar a fórmula para cálculo da tensão máxima de torção:

​Em que T é o torque (em N.m), r é o raio (em m) e J é o momento de inércia polar (em m⁴), que em círculos é calculado de acordo com a seguinte fórmula:

​Lembrando que você deve utilizar um coeficiente de segurança de 5, neste caso este fator deve ser considerado no torque do eixo (o torque considerado para o cálculo do aço deverá ser 5 vezes maior que o torque encontrado através da fórmula P=T.𝜔). Qual ou quais aços dentre os que o fabricante fornece são adequados para a situação? Por quê?

​d) Considerando que estes mesmos equipamentos estivessem sendo usado em regiões litorâneas, você sugeriria alguma mudança na escolha do material?