Experimento n 16 : Flexão e Flambagem Engenharia Mecânica – Disciplina de Introdução à Engenharia iemec objetivos



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EXPERIMENTO N 16 : Flexão e Flambagem

Engenharia Mecânica – Disciplina de Introdução à Engenharia - IEMEC


Objetivos: Tal experimento tem por objetivos de mostrar as forças atuantes num corpo quando submetido a uma força na mesma direção e perpendicularmente a uma seção.

Introdução Teórica:

Flexão: É um esforço físico no qual se caracteriza pela deformação ocorrer perpendicularmente à força atuante conforme ilustra a Fig. 1,logo abaixo.

Fig.1 Força atuante numa barra

A linha que une o centro de gravidade de todas as seções transversais constitui-se no eixo longitudinal da peça, e o mesmo está submetido a cargas perpendiculares ao seu eixo. Este elemento desenvolve em suas seções transversais o qual gera momento fletor.

Fig.2 Eixo Longitudinal de uma barra



Momento fletor: É a resultante do momento de todas as forças e momentos de uma porção isolada sobre a outra porção na direção transversal ao eixo da barra na seção transversal de corte.

O momento fletor representa a soma algébrica dos momentos relativas a seção YX, contidos no eixo da peça, gerados por cargas aplicadas transversalmente ao eixo longitudinal. Produzindo esforço que tende a curvar o eixo longitudinal, provocando tensões normais de tração e compressão na estrutura.

Em engenharia se denomina flexão ao tipo de deformação que presenta um elemento estrutural alongado em uma direção perpendicular a seu eixo longitudinal. O termo "alongado" se aplica quando uma dimensão que é dominante frente às outras. Um caso típico são as vigas, as que estão projetadas para trabalhar, principalmente, por flexão. Igualmente, o conceito de flexão se estende a elementos estruturais superficiais como placas ou lâminas.

Fig.3 Barra deformada por flexão

A característica mais proeminente é que um objeto submetido a flexão apresenta uma superfície de pontos chamada linha ou eixo neutro tal que a distância ao longo de qualquer curva contida nela não varia em relação ao valor antes da deformação. O esforço que provoca a flexão se denomina momento fletor.



Flambagem: A flambagem ou encurvadura é um fenômeno que ocorre em peças esbeltas (peças onde a área de secção transversal é pequena em relação ao seu comprimento), quando submetidas a um esforço de compressão axial.

A flambagem acontece quando a peça sofre flexão tranversalmente devido à compressão axial. A flambagem é considerada uma instabilidade elástica, assim, a peça pode perder sua estabilidade sem que o material já tenha atingido a sua tensão de escoamento.

Este colapso ocorrerá sempre na direção do eixo de menor momento de inércia de sua seção transversal. A tensão crítica para ocorrer a flambagem não depende da tensão de escoamento do material, mas da seu módulo de Young.


Pcr - carga crítica de flambagem: faz com que a peça comece a flambar. Unidade - kN


  • Equilíbrio estável: P < Pcr - não há flambagem

  • Equilíbrio indiferente: P = Pcr

  • Equilíbrio instável: P > Pcr

Quando a flambagem ocorre na fase elástica do material, a carga crítica ( Pcr ) é dada pela fórmula de Euler:



E = módulo de elasticidade longitudinal do material em (pascal)

I = menor dos momentos de inércia da secção em (m4)

Lf = comprimento de flambagem da peça em (m)

O módulo de Young ou módulo de elasticidade E é um parâmetro mecânico que proporciona uma medida da rigidez de um material sólido. Tal parâmetro é fundamental para a engenharia e aplicação de materiais pois está associado com a descrição de várias outras propriedades mecânicas, como por exemplo, a tensão de escoamento, a tensão de ruptura, a variação de temperatura crítica para a propagação de trincas sob a ação de choque térmico, etc.

É uma propriedade intrínseca dos materiais, dependente da composição química, microestrutura e defeitos (poros e trincas), que pode ser obtida da razão entre a tensão exercida e a deformação sofrida pelo material. Tensão corresponde a uma força ou carga, por unidade de área, aplicada sobre um material, e deformação é a mudança nas dimensões, por unidade da dimensão original. Assim, o módulo de Young é dado por:



E é o módulo de Young, medido em (pascal),

σ é tensão aplicada, medida em (pascal),

ε é a deformação elástica longitudinal do corpo de prova (adimensional).

Como podemos observar na Fig.4 logo abaixo, alguns tipos de engastamentos solicitados por compressão e originando uma determinada flambagem.



Fig.4 Tipos de Flambagem

Para determinar se uma peça irá sofrer flambagem ou compressão, temos que calcular o seu índice de esbeltez e compara-lo ao índice de esbeltez crítico. Esse índice de esbeltez é padronizado para todos os materiais.

Se o índice de esbeltez crítico for maior que o índice de esbeltez padronizado do material, a peça sofre flambagem, se for menor, a peça sofre compressão.

O índice de esbeltez de uma peça é dado por:



Lf = comprimento de flambagem da peça em (m)

i = raio de giração em (m)

 = índice de esbeltez (admensional)



i =

I = Momento de Inércia

Momento de inércia I de uma partícula de massa que gira em torno de um eixo, a uma distância dele, é



I = mr2

A= Seção da viga

Se o índice de esbeltez crítico for maior que o índice de esbeltez padronizado do material, a peça sofre flambagem, se for menor, a peça sofre compressão.



Material para o experimento:

  1. Uma régua de 500mm ou uma tabua de compensado de 5mm de espessura por 50mm de largura e 500mm de comprimento

  2. Um sargento

  3. Uma vareta de PVC de 3mm de diâmetro por 1 metro de comprimento

  4. Duas tabuas de compensado de 25 mm de espessura por 75mm de largura e 200 mm de comprimento

  5. Um prego de 3mm de diâmetro

  6. Um martelo

  7. Trena de 2m

  8. Copos descartáveis de 200ml

  9. Pedaço de cartolina de 210 mm x 297 mm ( A-4) para fazer um funil

  10. Barbante

  11. Duas garrafas PET de 1,5 litros

Roteiro de Montagem para:

  1. Ensaio de Flexão

  1. Pegar a régua de madeira ou o compensado e prender com o sargento na ponta de uma mesa

  2. Na outra extremidade da régua prender a garrafa PET de 1,5litros

  3. Cologar a trena de 2 metros e fazer uma marca de referência na garrafa PET

  4. Colocar copos de 200 ml de água na garrafa PET e anotar o deslocamento da referência da garrafa ( Fazer sete medidas )

  5. Fazer uma tabela preenchendo os valores de volume e deslocamento

    Medidas

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    Volume



















    Deslocamento



















  6. Converter o valor de volume de “ml” para “Kg”

  7. Fazer o Gráfico de “tensão” versus “deformação”



  1. Ensaio de Flambagem

  1. Pergar a vareta de PVC de 3 mm de diâmetro e cortar três pedaços de 300mm

  2. Pergar uma das tábuas e fazer um furo com o prego de 3 mm no centro da mesma e a uma distância da face de 25 mm e um segundo furo tambem no centro a uma distância da face de 100 mm

  3. Na outra tábua fazer um furo no centro a uma distância da face de 25 mm

  4. Colocar o pedaço de PVC de 3 mm de diâmetro engastado no primeiro furo de ambas as tábuas

  5. Apoiar na mesa e fazer uma leve força de compressão na tábua superior e observar o que acontece com a vareta de PVC

  6. Colocar a segunda vareta de PVC engastada no segundo furo da tábua superior e somente encostar na tábua inferior e fazer uma leve força de compressão e observar o que acontece com a vareta de PVC

  7. Colocar a terceira vareta de PVC somente encostada nas tabuas superior e inferior e fazer uma leve força de compressão e observar o que ocorre com a vareta de PVC

Nota Final: Elaborar o relatório final do experimento realizado em sala de aula, incluir fotos dos mesmos e entregá-lo na próxima aula.

Fonte Bibliográfica:


  1. http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%8Dndice_de_esbeltez

  2. http://pt.wikipedia.org/wiki/Flex%C3%A3o_(f%C3%ADsica)

  3. http://pt.wikipedia.org/wiki/Flambagem


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