Imagine estar numa ponte e ver passar um camião pesado. Já se perguntou porque é que a ponte não se desmorona sob o peso? Este artigo mergulha nos conceitos de deformação e tensão, explicando como os materiais se deformam sob força e como os engenheiros calculam essas deformações para garantir a segurança. Aprenderá as relações fundamentais entre estas forças, como são medidas e as suas implicações práticas nas estruturas do dia a dia. Quer seja um engenheiro em início de carreira ou apenas um curioso, este guia irá esclarecer as forças invisíveis que mantêm o nosso mundo intacto.
Em primeiro lugar, a maior parte da indústria de monitorização da segurança consiste em medir a deformação da estrutura que está a ser testada. Demasiada deformação pode causar acidentes.
Por exemplo, fissuras em estruturas, afundamento e deslocamento entre a estrutura e uma referência fixa, são grandes deformações que podem ser vistas a olho nu e podem ser medidas em milímetros utilizando medidores como medidores de fissuras, níveis estáticos e medidores de deslocamento.
Mas como se pode representar a pequena deformação causada pela compressão no interior da estrutura a ser testada ou pela flexão no exterior do objeto em forma de viga?
A resposta é a tensão.
Suponha que o comprimento de uma estrutura com comprimento L sofre deformação sob tensão e seu comprimento muda para L', então sua mudança no comprimento ΔL = L' - L, e a tensão ε é a razão da mudança no comprimento ΔL para o comprimento original L, a fórmula é a seguinte:
Então, qual é a unidade de tensão?
Como se pode ver na fórmula, a deformação é um rácio e não tem dimensão, ou seja, não tem unidade.
Então, o que é a microtensão?
Como ΔL é muito pequeno, geralmente na faixa de mícrons, o valor de deformação calculado é muito pequeno, com muitas casas decimais, tornando-o inconveniente para exibir e visualizar, então a notação científica 10-6 é introduzida, chamada microstrain με, que pode ser entendida como a unidade de microstrain é 10-6, e nossa faixa de medição de strain gauge é ± 1500 microstrains, positivo indicando alongamento e negativo indicando compressão.
A deformação é uma pequena deformação no interior da estrutura que está a ser testada. Porque está sujeita a uma força externa.
Tomando como exemplo um pilar de uma ponte, se um camião totalmente carregado se deslocar sobre a ponte, o pilar suportará uma pressão adicional e produzirá compressão e deformação por compressão, enquanto o pilar produzirá uma força interna para contrabalançar a força externa e superar a deformação.
Esta força interna é a tensão. A tensão é definida como a força por unidade de área, que é de facto pressão, com unidades de MPa.
Então, qual é a relação entre a variável de deformação e a variação da tensão suportada? Consulte a fórmula de cálculo:
Na fórmula, σ representa a tensão, E é o módulo de elasticidade do material a ser testado, também conhecido como módulo de Young, que é uma quantidade física que descreve a elasticidade do material.
Pode ser vista como a capacidade do material para resistir à deformação (rigidez) e, numa perspetiva micro, é a força de ligação entre átomos e moléculas.
Dois materiais com a mesma deformação (o mesmo valor de tensão), o material com uma maior resistência à deformação (um módulo de elasticidade maior) suportará uma tensão maior.
Por exemplo, o tofu e o bloco de ferro do mesmo tamanho, se a sua altura for comprimida em 1 mm, o primeiro só precisa de ser suavemente pressionado à mão, enquanto o segundo deve ser auxiliado por uma ferramenta.
O módulo de elasticidade dos materiais de engenharia comuns pode ser encontrado em tabelas, como o módulo de elasticidade do betão C30 é 30000MPa (1N/mm2 = 1MPa), e o módulo de elasticidade do aço-carbono é de 206GPa.
O módulo de elasticidade Ec do betão à compressão e à tração deve ser adotado de acordo com o Quadro 4.1.5.
O módulo de deformação ao corte Gc do betão pode ser adotado a 40% do valor do módulo de elasticidade correspondente.
O coeficiente de Poisson Vc do betão pode ser adotado como 0,2.
Tabela4.15 Módulo de elasticidade do betão (×104N/mm2).
| Grau de resistência do betão | C15 | C20 | C25 | C30 | C35 | C40 | C45 | C50 | C55 | C60 | C65 | C70 | C75 | C80 |
| Ec | 2.20 | 2.55 | 2.80 | 3.00 | 3.15 | 3.25 | 3.35 | 3.45 | 3.55 | 3.60 | 3.65 | 3.70 | 3.75 | 3.80 |
Nota:
1. Quando estão disponíveis dados de ensaio fiáveis, o módulo de elasticidade pode ser determinado com base em dados reais medidos;
2. Quando uma grande quantidade de aditivos minerais é adicionada ao betão, o módulo de elasticidade pode ser determinado com base em dados reais medidos de acordo com a idade especificada.
Tabela 1.1-13 Módulo de elasticidade e coeficiente de Poisson de materiais normalmente utilizados
| Item | Módulo de elasticidade E/GPa | Módulo de cisalhamento G/GPa | Rácio de Poisson μ | Item | Módulo de elasticidade E/GPa | Módulo de cisalhamento G/GPa | Teflon |
| Ferro fundido cinzento | 118~126 | 44.3 | 0.3 | Zinco laminado | 82 | 31.4 | 0.27 |
| Ferro fundido nodular | 173 | 0.3 | Chumbo | 16 | 6.8 | 0.42 | |
| Aço-carbono, aço cromo-níquel | 206 | 79.4 | 0.3 | Vidro | 55 | 1.96 | 0.25 |
| Liga de aço | Vidro orgânico | 2.35-29.42 | |||||
| Aço fundido | 202 | 0.3 | Borracha | 0.0078 | 0.47 | ||
| Cobre puro laminado | 108 | 39.2 | 0.31-0.34 | Baquelite | 1.96-2.94 | 0.69-2.06 | 0.35-0.38 |
| Cobre puro estirado a frio | 127 | 48.0 | Plástico fenólico tipo sanduíche | 3.92-8.83 | |||
| Bronze fosforoso-estanho laminado | 113 | 41.2 | 0.32-0.35 | Celuloide | 1.71-1.89 | 0.69-0.98 | 0.4 |
| Latão estirado a frio | 89-97 | 34.3-36.3 | 0.32-0.42 | Nylon 1010 | 1.07 | ||
| Bronze de manganês laminado | 108 | 39.2 | 0.35 | Policloreto de vinilo não plastificado | 3.14-3.92 | 0.35-0.38 | |
| Alumínio laminado | 68 | 25.5-26.5 | 0.32-0.36 | teflon | 1.14-1.42 | ||
| Fio de alumínio estirado | 69 | Polietileno de baixa pressão | 0.54-0.75 | ||||
| Alumínio fundido bronze | 103 | 41.1 | 0.3 | Polietileno de alta pressão | 0.147-0.245 | ||
| Bronze de estanho fundido | 103 | 0.3 | concreto | 13.73~39.2 | |||
| Liga de duralumínio | 70 | 26.5 | 0.3 | 4.9-15.69 | 0.1-0.18 |
Afinal, quando as tensões internas não podem ser medidas diretamente, a tensão pode ser calculada medindo a deformação e multiplicando-a pelo módulo de elasticidade do material
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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