Em projetos estruturais os critérios de falha são utilizados para definir um limite funcional de utilização de um componente baseado no estado do material utilizado.
O que define um componente inutilizável ou avariado é quando o componente perde seu formato original, seja por uma leve deformação, desgaste ou sua ruptura, assim o grau de resistência de um material pode ser definido pelo limite de escoamento do material ou até mesmo pelo limite de ruptura.
Para fazer a melhor escolha dentre os critérios é possível criar uma matriz de decisão, que será baseada nas características do material utilizado e também na finalidade de trabalho projeto.
MATERIAL - FRÁGIL OU DÚCTIL?
A primeira etapa para a escolha do critério de falha é saber o comportamento do material, se ele possui ou não um patamar de escoamento. Esse discernimento é muito importante, pois é um ponto delicado na segurança do projeto. Materiais frágeis não possuem uma sobrevida de escoamento, ou seja, seus valores de escoamento e ruptura são muito próximos. Materiais com essas características não apresentam sinais de falha e se rompem de maneira repentina, o que compromete a confiabilidade e a segurança. Com isso os materiais frágeis serão norteados pelo limite de ruptura e os dúcteis pelo limite de escoamento.
Gráfico: Tensão X Deformação – Material Frágil (A) E Dúctil (B)
Fonte: Me Salva!
Materiais considerados frágeis possuem deformação menor que 0,05 antes da fratura, para esses matérias no basearemos no limite de ruptura e podemos aplicar os critérios de falha Teoria de Mohr Modificada ou a Teoria de Coulomb-Mohr Frágil. A diferença entre os dois métodos está no grau de refinamento da teoria, escolher entre elas deve ser baseado nas escolhas do projetista e na finalidade do projeto, sendo o primeiro método com margem maior de carga e o segundo mais conservador.
Porém, se o material apresentar deformação igual ou maior que 0,05 ele será considerado dúctil e teremos que checar mais uma propriedade para definir seu qual critério usar.
RESISTÊNCIA A TRAÇÃO E COMPRESSÃO
O material sendo dúctil, usaremos como propriedade o limite de escoamento, porém, nem sempre eles serão os mesmos em tração e compressão, diferença essa que também implica nos métodos utilizados.
Se o material apresentar resistência ao escoamento diferente para tração e compressão utilizaremos a Teoria de Coulomb-Mohr Dúctil. Essa teoria comporta em seu equacionamento os limites, no processo de dimensionamento certifique-se de ter os dois valores.
Em materiais dúcteis que tenham os mesmos valores de limite de escoamento na tração e na compressão podemos usar como critérios de falha tanto a Teoria Tensão de Cisalhamento Máxima (menor margem de carga) quanto a Teoria da Energia de Distorção mais conhecida como Teoria de von-Mises (maior margem de carga).
Escolher entre dois critérios de maior e menor margem vai muito do papel do engenheiro e das características do projeto. Em projetos como Baja, onde a competição exige um grau de refinamento cada vez maior, critérios como de von-Mises são mais utilizados pois representam melhor a realidade e aumentam a eficiência estrutural dos componentes, mas não é via de regra para todos os projetos, é aí que entra o papel do engenheiro para avaliar o melhor caminho.
Para resumirmos tudo que foi dito aqui e você não se perder, esse processo de escolha fica bem representado em um diagrama, como o mostrado a seguir. Ele foi retirado do livro Shigley - Elementos de Máquinas, muito indicado para engenheiros iniciantes por trazer os principais fundamento sobre Mecânica Dura e aplicações básicas.
Diagrama: Definição do Critério de Falha
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