Efeito da Geometria de Espécimes nos Resultados de Ensaios de Tensão

Como as diferentes geometrias de amostras afetam os resultados dos ensaios de tração?

Os resultados do teste de tração incluem a resistência máxima à tração, a resistência ao escoamento, o módulo de Young, a ductilidade e o expoente de endurecimento por deformação. Todas estas propriedades podem ser calculadas usando uma máquina de teste universal equipada com o controlador, software, garras e acessórios adequados. A seleção de garras pode variar dependendo do tipo de material, geometria e dimensões. Em muitos casos, os tamanhos e geometrias dos corpos de prova são ditados pelas normas ASTM.

Este blog discutirá se as propriedades de tração são afetadas se o mesmo material padrão estiver sendo testado em diferentes geometrias ou dimensões. A resposta curta é que isso depende da propriedade de tração e das características do material a ser testado. Para uma determinada área da seção transversal e para qualquer comprimento de bitola, diferentes geometrias de amostras não têm efeito sobre a resistência à tração final e a tensão de ruptura de materiais padrão. Entretanto, diferentes comprimentos de bitola e áreas transversais terão efeitos alteradores em certas propriedades, descritas abaixo.

1- Efeito de diferentes comprimentos de bitola

Vamos comparar dois corpos de prova, feitos do mesmo material, com dois comprimentos de bitola diferentes:

Figure 1. Duas amostras de osso de cão de comprimento de calibre diferente:

Espécimen A comprimento de calibre > Espécimen B comprimento de calibre

Quando o teste de tensão é iniciado e o Espécimen A ou Espécimen B é puxado, a deformação é uniforme ao longo do comprimento de calibre até o ponto em que a força máxima é atingida e o início do agarramento ocorre. O estiramento em cada material é uniforme até este ponto. A força começará então a cair, como mostrado na curva tensão-deformação abaixo, e a redução de área não será mais proporcional à quantidade de estiramento no material.

Figure 2. A forma de uma amostra dúctil muda durante o teste de tração

A região do pescoço ocupará uma porção muito maior do comprimento de 1 polegada do Espécime B em comparação com a porção ocupada no comprimento de 2 polegadas do Espécime A. Quando o teste terminar e as duas fraturas dos espécimes forem encaixadas juntas, o alongamento percentual medido do Espécime B com o menor comprimento de bitola será maior do que o alongamento percentual do Espécime A com o maior comprimento de bitola.

Equação 1:

Elongamento percentual = ∆L/L0 x 100

Onde:

  • L0 é o comprimento original do gabarito
  • ∆L é a alteração do comprimento do gabarito original. Medido após as fraturas da amostra e a amostra serem encaixadas juntas (ver Figura 2)

À medida que o comprimento do gabarito aumenta, o alongamento percentual diminui.

2- Efeito de diferentes áreas transversais

Desta vez, o Espécime A e o Espécime B, feitos do mesmo material, têm comprimentos de gabarito idênticos; no entanto, a área da seção transversal do Espécime A é maior do que a área da seção transversal do Espécime B. Similar ao conceito com o comprimento do gabarito e a porção ocupada pelo pescoço, a região do pescoço ocupará uma porção muito maior da menor área da seção transversal do espécime B em comparação com a porção ocupada na maior área da seção transversal do espécime A.

A área da seção transversal de um espécime tem um efeito significativo nas medidas de alongamento. A razão de magreza é medida pelo comprimento do gabarito dividido pela raiz quadrada da seção transversal, portanto é inversamente proporcional à área da seção transversal.

Equação 2:

Rácio de Limpidez = L0/√A0

Where:

  • L0 é o comprimento do gabarito original.
  • A0 é a área da secção transversal original da amostra

À medida que a razão de magreza aumenta e a área da secção transversal diminui, a percentagem de alongamento diminui.

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