TÍTULO: Viga em deflexão TITLE: Deflection beam RESUMO O segundo experimento foi feito com o objetivo de medir as deformações em uma viga e depois encontrar as suas medidas de tensão. Para isso foi utilizado uma viga de alumínio e nele foram presos os extensômetros medindo primeiramente com um processo de ponte completa e depois em meia ponte. Primeiramente foram retiradas as dimensões da viga e para cada medição foram aplicadas quatro cargas diferentes em cada um dos três furos presentes em distâncias diferentes. Depois, a partir dos dados, e com a utilização das equações foram calculadas as tensões e comparadas com os dados presentes na literatura sobre os dados e propriedades do material. PALAVRAS-CHAVE: viga em deflexão; deformações; medidas de tensão; extensômetro; viga de alumínio. ABSTRACT The second experiment was done with the aim of measuring the deformations in a beam and then finding its stress measurements. For this, an aluminum beam was used and the strain gauges were attached to it, measuring first with a full bridge process and then in half bridge. First the dimensions of the beam were taken and for each measurement four different loads were applied to each of the three holes present at different distances. Then, from the data, and using the equations, the stresses were calculated and compared with the data present in the literature on the data and properties of the material. KEYWORDS: deflection beam; deformations; tension measurements; strain gauges; aluminum beam. 1 INTRODUÇÃO Um assunto com grande importância a ser estudado é as medidas de deformação, que são muito úteis para se ter uma análise detalhada sobre as medidas de tensão. Elas são obtidas através de medições feitas por um conjunto de equipamentos, que tem como base a utilização de extensômetros, que são configurados na forma de uma Ponte de Wheatstone, para captar e amplificar os dados de deformação da peça. Com a utilização de uma Ponte de Wheatstone completa é possível obter uma maior precisão nas medições, porém o custo também será maior, com uma configuração de meia ponte a precisão será menor porém o custo também será, e com ¼ de ponte terá as mesmas consequências. Mas a sua aplicação irá depender de vários fatores, sendo que nem sempre será possível utilizar a configuração de ponte completa, sendo por fatores econômicos ou por fatores externos, como trabalhos em campo onde não seja possível ter uma superfície com uma boa geometria ou com um acesso difícil. Depois os dados passam por um condicionador de sinais, que serve para converter os sinais elétricos vindo do extensômetro nos dados de saída, que são os dados sobre as deformações. Por fim, o sinal vai parar no computador, que vai ser a interface que irá mostrar os dados finais para a pessoa que irá analisar os dados. O experimento realizado teve como objetivo analisar os dados das deformações, para que fosse possível, a partir de equações, obter os dados de tensões e compará-los aos dados teóricos das propriedades do material analisado. Para a análise dos dados das tenções via método experimental só são necessários os dados das deformações e do módulo de elasticidade do material. “[...]um aumento na tensão provoca um aumento proporcional na deformação.” (R. C. HIBBELER, 2010, p. 63). E para isso, foi utilizado a equação da Lei de Hooke: (1) π = πΈπ Onde E é o módulo de elasticidade, e Τ é a deformação. Já para comparar com os dados de forma teórica, foi utilizado os dados do momento fletor e as dimensões da peça, foi utilizado a equação: ππ (2) π = π‘ πΌ Onde: σt = tensão teórica; M = momento resultante; c = distância da linha neutra até o ponto do eixo neutro onde a tensão age; I = momento de inércia da seção transversal. Para saber se o experimento resultou em dados confiáveis de tensão, ao final dos cálculos foi comprado todos os dados obtidos. 2 DESENVOLVIMENTO 2.1 MATERIAIS E MÉTODOS Para a realização do experimento foi utilizada uma viga de alumínio engastada em um suporte, e foi selecionada uma viga com esse material pois ele apresenta um valor menor do módulo de elasticidade se comparado ao aço e assim fica mais fácil de se visualizar uma possível flexão da viga. Para a medição das dimensões da viga foram utilizadas uma régua para medir a distância entre os três furos e um paquímetro para medir as dimensões da base e da altura da viga. Foram medidos a distância dos três furos, onde o primeiro estava a uma distância de 23,5 cm em relação ao posicionamento do extensômetro, seguidos de mais duas medições dos furos com o segundo a 16 cm de distância e o terceiro a 8,5 cm de distância. Extensômetros com uma resistência de 120Ω e gauge factor ≈ 1,4 foram utilizados e montados na forma de uma ponte completa de Wheatstone. A partir de cabos, os extensômetros foram ligados a um condicionador de sinais Quantum MX 1615 e depois este estaria ligado ao computador com o software Catman para a análise dos dados. Para a alterar os valores das cargas foram utilizados três pesos móveis com dimensões diferentes e um suporte para apoiar as cargas. E antes de colocar as cargas foi colocado o suporte que ficava preso à viga para descontar seu valor e não alterar os valores finais. Em cada furo foram colocadas 4 cargas diferentes e para cada carga foram anotados os valores da deformação. Sendo a primeira carga com o menor peso, sendo ele de 228,5 g, a segunda carga com dois pesos, um de 228,5 g e o outro com 230,4 g, totalizando 458,9 g, a terceira carga foi feita com uma carga de 228,5 g e a outra de 449g, totalizando 677,5 g, e a última carga foi feita utilizando os 3 pesos, totalizando 907,9 g. Ao todo foram feitas 12 medições de deformação com a utilização dos extensômetros em ponte completa, e ao final, foram feitas mais 4 medições utilizando a configuração de meia ponte, medindo no furo de 23,5 cm de distância, e em cada carga dessa vez foram anotados um valor mínimo e um valor máximo, para obter um valor médio, pois nessa configuração era possível notar uma oscilação nos dados. Com os dados das deformações obtidas e utilizando um valor do módulo de elasticidade do alumínio, adotado como 70GPa foi calculado os valores das tensões experimentais, e com os dados das cargas e das dimensões da peça foram calculados os valores das tensões teóricas, sendo comparadas umas às outras. 2.3 RESULTADOS Tabela 1 – Dados das deformações Ponte completa 1/2 ponte Furo em 23,5 cm carga (gramas) 228,5 458,9 677,5 907,9 Furo em 16 cm Furo em 8,5 cm Τ (μm/m) Τ (μm/m) Τ (μm/m) 197,2 134,3 68,1 397,3 267,4 136,8 589 394,6 202,4 788,1 528,3 271,2 Fonte: Produção do próprio autor Furo em 23,5 cm Τ min Τ max (μm/m) (μm/m) 214,5 224 429 433 616 624 817,6 818 Cálculo da tensão nominalpelas dimensões dadas por: σ = (Mc)/I: Tabela 2 – Dimensões da peça Peça b (mm) 22,5 h (mm) 0,92 Fonte: Produção do próprio autor Tabela 3 - Momentos Momento (Nmm) 23,5 16 8,5 228,5 53,6975 36,56 19,4225 458,9 107,8415 73,424 39,0065 677,5 159,2125 108,4 57,5875 907,9 213,3565 145,264 77,1715 Fonte: Produção do próprio autor Tabela 4 – Dados da peça c (mm) 0,46 I (mm^4) 1,46004 Fonte: Produção do próprio autor Mc/I cargas (g) 228,5 458,9 677,5 907,9 Tabela 5 – Tensões teóricas Furo em 23,5 cm Furo em 16 cm σ (Mpa) σ (Mpa) 16,92 11,52 33,98 23,13 50,16 34,15 67,22 45,77 Fonte: Produção do próprio autor Furo em 8,5 cm σ (Mpa) 6,12 12,29 18,14 24,31 Ao tracionar um material com uma força externa causará uma deformação proporcional causada na região elástica, tendo uma relação direta com a força aplicada e a quantidade de deformação. E como a força será aplicada em uma dada área, podemos chamá-la de tensão. Para o cálculo da tensão real pelos valores do strain gages será dada pela equação: σ = Ζ*E, sendo E = 70GPa para o alumínio: E = 70GPa 228,5 458,9 677,5 907,9 Tabela 6 – Tensões experimentais Ponte completa Furo em 23,5 Furo em 16 Furo em 8,5 cm cm cm 13,804 9,401 4,767 27,811 18,718 9,576 41,23 27,622 14,168 55,167 36,981 18,984 Fonte: Produção do próprio autor Gráfico das tensões nominais: Figura 1 – tensão nominal Tensão Nominal TENSÃO (MPA) 80,00 60,00 40,00 20,00 0,00 228,5 458,9 677,5 907,9 CARGA (G) σ (Mpa) σ (Mpa) σ (Mpa) Fonte: Produção do próprio autor Gráfico das tensões reais: Figura 2 – tensão real ponte completa Tensão Real (Ponte Completa) TENSÃO (MPA) 60 40 20 0 228,5 458,9 677,5 907,9 CARGA (G) Furo em 23,5 cm Furo em 16 cm Furo em 8,5 cm Fonte: Produção do próprio autor Figura 3 – tensão real ½ ponte 1/2 ponte Furo em 23,5 cm 15,015 15,68 30,03 30,31 43,12 43,68 57,232 57,26 TENSÃO (MPA) Tensão Real (1/2 Ponte) 70 60 50 40 30 20 10 0 228,5 458,9 677,5 907,9 CARGA (G) Furo em 23,5 cm Fonte: Produção do próprio autor Pelos dados obtidos pelas tabelas e comparação com os gráficos, podemos observar que, houve uma similaridade com os valores obtidos com o strain gages e o uso da ½ ponte mostra maior variabilidade dos valores exibindo baixa precisão em comparação com uma ponte completa. O uso do alumínio foi proposital para exibir resultados de deformações amplos em comparação com aço que deformaria menos em função das cargas. 3 CONCLUSÕES Assim, com este experimento concluímos que os experimentos realizados durante as aulas de laboratório resultaram na ampliação no conhecimento das strain gages. O extensômetro utilizado resultou em uma discrepância nos valores em relação aos valores nominais, pois não possuem uma boa precisão. O uso de ½ ponte foi utilizado para demonstrar como a precisão diminui dependendo da Ponte de Wheatstone. A escolha da ponte dependerá somente da viabilidade do usuário, devido o aumento do custo ao aumentar as medidas experimentais. REFERÊNCIAS Piekarski, M. Engineering Structures: Static analysis of structural grillages made of steel reciprocal beams. Rzeszow University of Technology, Faculty of Civil and Environmental Engineering and Architecture, Al. Powstan´ców Warszawy 12, 35-959 Rzeszów, Poland. Disponível em: https://pdf.sciencedirectassets.com/. Acesso em 15 jul. 2023. HIBBELER. R. C. Resistência dos materiais. 7. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2010. https://www.hbm.com/pt/3053/quantumx-mx1615b-amplificador-ponte-para-straingauges/