MAPA – MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECÂNICA – 52/2023

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:

Figura 1 – Gráfico tensão x deformação Fonte: o autor.

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 de 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 m ⁴), 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?