COMPORTAMENTO MECÂNICO DOS MATERIAIS Catarina Vidal 2º Semestre 2021/2022 Apresentação DOCENTE Prof. Catarina Vidal (NTI, DEMI) E-mail: c.vidal@fct.unl.pt HORÁRIO DE DÚVIDAS Sempre que haja disponibilidade. Esclarecimento de dúvidas por Zoom com agendamento prévio por email. BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA Jorge Rodrigues e Paulo Martins, Tecnologia Mecânica - vol.1, ed. Escolar Editora, 2005. Norman E. Dowling, Mechanical Behavior of Materials, Engineering Methods for Deformation, Fracture, and Fatigue, Fourth Edition, Pearson, 2013. Ashby, Michael F., Jones, David R.H., “Engineering Materials 1: An introduction to their properties and applications”, 2nd Edition, Butterworth Heinemann, 1996. T.L. Anderson, FRACTURE MECHANICS, Fundamentals and Applications, Fourth Edition, CRC Press Taylor & Francis Group, 2017. 2 Avaliação Unidade Curricular com Frequência Opção 1: Avaliação Contínua • 1º Teste (presencial); • 2º Teste (presencial); • Trabalho de grupo (Caso de Estudo) com relatório, apresentação e discussão. Nota final = 1º Teste x 0.35 + 2º Teste x 0.35 + Trabalho x 0.30, com 1º Teste >= 8.0 valores Para obter frequência à disciplina é necessário que a nota do trabalho seja igual ou superior a 9.5 valores. Os alunos que obtiveram frequência nos anos lectivos de 2019/2020 e 2020/2021 têm automaticamente frequência este ano. O aluno será aprovado se a média ponderada (Nota final) for igual ou superior a 9.5 valores e tiver obtido frequência à disciplina. Caso o aluno tenha uma Nota final igual ou superior a 18 valores será realizada uma prova oral para defesa da nota. Em caso de reprovação, a nota do trabalho manter-se-á válida durante, pelo menos, 1 ano lectivo. 3 Avaliação Unidade Curricular com Frequência Opção 2: Avaliação por Exame de Recurso Têm acesso a exame de recurso todos os alunos que tenham obtido frequência à disciplina. O exame tem nota mínima de 9.5 valores. O exame será presencial. A nota do trabalho será contabilizada se: Exame de Recurso x 0.70 + Trabalho x 0.30 > Exame de Recurso, desde que a nota do exame de recurso seja >= 9.5 valores O aluno será aprovado se a nota do exame de recurso for igual ou superior a 9.5 valores e tiver obtido frequência à disciplina. Caso o aluno tenha uma nota final em época de recurso igual ou superior a 18 valores será realizada uma prova oral para defesa da nota. Em caso de reprovação, a nota do trabalho manter-se-á válida durante, pelo menos, 1 ano lectivo. 4 Planeamento Os alunos enviam a constituição do grupo de trabalho e recebem o enunciado do Case study Template já disponível no Clip 2º Teste: 14 a 21 Junho 1º Teste: a partir da semana de 9-13, inclusive 29 Maio Entrega Trab. Grupo* (Case study) * Relatório e apresentação Apresentação e discussão dos trabalhos: 6 – 8 Junho 5 Importância do Comportamento Mecânico de Materiais Conhecer as capacidades e limitações dos materiais uma vez que são conhecidas algumas falhas catastróficas de estruturas, componentes e equipamentos. Estudar as propriedades dos materiais para: • Projectar componentes e equipamentos • Seleccionar os materiais mais adequados para um determinado equipamento • Perceber porquê e como falham os materiais • Prever fracturas e colapsos • Compreender o comportamento dos materiais em condições estáticas e dinâmicas diferentes 6 Importância do Comportamento Mecânico de Materiais Falhas? Roturas? Colapsos? Em que condições? • quando há defeitos internos nos materiais – Mecânica da fractura linear elástica e elastoplástica • quando há defeitos superficiais e as solicitações são dinâmicas – Fadiga • quando o meio é corrosivo – Corrosão • quando a temperatura em serviço é >0,5 Tf – Fluência Vamos estudar estas! 7 Causas comuns de falhas Falhas de projecto Concentração de tensões desconhecidas Informação insuficiente sobre as cargas em serviço Análise de tensões incorrecta Tensões residuais desconhecidas Falhas na selecção de materiais Dados desconhecidos Baixa concordância entre as condições de serviço e a seleção Critérios Defeitos dos materiais Defeitos de produção Defeitos induzidos pelo serviço Sobrecargas introduzidas em serviço Procedimentos inadequados de manutenção e reparação Factores ambientais Temperaturas altas e (ou) baixas Deterioração das propriedades por ação da corrosão Aumento inesperado da agressividade ambiental 8 O que podemos fazer para evitar um acidente / prevenir uma falha? • Levantamento detalhado e exaustivo das condições de serviço (cargas, meio, …) • Selecção de materiais • Selecção dos processos de fabrico • Melhorar as normas e códigos de fabrico ou criar novos • Ensaios não destrutivos (conhecer as suas aplicações e limitações) • Aplicação correta dos procedimentos de inspeção • Melhorar os procedimentos de manutenção e reparação • Especificar a vida à fadiga dos componentes e, quando possível, calcular a vida residual de uma estrutura com defeito 9 Exemplos de acidentes https://www.youtube.com/watch?v=8qDxqBvK3NA Pás de turbinas Corrosão, fadiga, fluência O que fazemos após um acidente? 10 Objectivos da Unidade Curricular Pretende-se com esta disciplina, dotar os alunos de conhecimentos sobre: - propriedades mecânicas das principais categorias de materiais de engenharia; aspectos fenomenológicos da plasticidade; conceitos de plasticidade; ensaios mecânicos; conceitos e aplicações da mecânica da fractura; os princípios dos mecanismos da propagação de fissuras por fadiga; mecanismos e características da fluência e fadiga a alta temperatura; critérios de projecto à fluência; interacção entre fadiga e fluência; fundamentos físicos da corrosão sob tensão. • Trabalho em equipa • Desenvolvimento de pensamento crítico • Escrita técnica 11 Abordagens de projecto 12 Introduction to tensile test 13 Tensile test - specimens The test specimen used may have either a circular or a rectangular cross section, and its ends are usually enlarged to provide extra area for gripping and to avoid having the sample break where it is being gripped. 14 Tensile test – Elastic behavior A tensile curve is comprised of elastic and plastic components. In the elastic part Hooke’s law is valid: đ = đ¸ đ E – Young’s modulus / modulus of elasticity [Pa] In elastic deformation stress and strain are proportional (E is the slope of this part of the curve). E can be viewed as the material’s resistance to elastic deformation. Any deformation imposed only on elastic regime is fully recovered. 15 Tensile test – values of E 16 Tensile test – Plastic deformation 17 Tensile test – Resilience and toughness đđĻ2 = 2đ¸ đđ đđ = āļą đ đđ 0 For ductile materials: đđ ≅ đđĻ + đđđđ đđ 2 For fragile materials: đđ ≅ 2 đ đ 3 đĻ đ 18 Tensile test – How to calculate…? ultimate tensile strength, đđ engineering fracture strength, đđ For brittle materials, đđĸ = đđ , whereas for ductile materials, đđĸ often exceeds đđ . percent elongation after fracture measured after fracture percent reduction in area 19 Tensile test –Stress vs. Strength 20 Tensile test – True stress and strain Uniform plastic deformation Aula Prática 1 21
