Resistência à tração final

Conhecimento da resistência do material, particularmente metais, é bastante imperativo na maioria das disciplinas de engenharia. Entre todas as medidas, resistência à tração final (UTS) é referenciado com mais frequência. O conceito é absolutamente essencial ao avaliar o desempenho do material. UTS significa a capacidade de um material de suportar força de tração sem triturar. Torna-se aplicável em quase todos os produtos e acessórios, como fios, cordas, e armações metálicas. Este artigo é sobre resistência à tração final (UTS).

Definindo a resistência à tração final

UTS é uma força usada no alongamento de materiais. Isso resulta em um aumento no tamanho ao longo do eixo de carga. A tensão de tração é definida como a força que atua em relação à área da seção transversal do material.

𝐹: F aplicado a uma haste elástica dividida pela área da seção transversal

𝐴: Uma força igual A da barra que está em sua direção perpendicular.

Os materiais dúcteis geralmente podem suportar cargas enquanto, por outro lado, materiais frágeis podem falhar bem antes de sua capacidade.

Quando uma força de tração é aplicada, várias propriedades de tração podem ser avaliadas:

• Módulo Elástico: A razão entre a mudança na tensão e a mudança correspondente na deformação. Também é conhecido como módulo de elasticidade. EM é uma medida da tensão à deformação durante a deformação elástica normalmente, medido a partir do gráfico tensão-deformação.
• Tensão de tração final (UTS): O nível máximo de tensão ao qual qualquer material especificado pode ser testado no ponto requerido. Normalmente medido quando um teste de tensão é realizado. Por isso, o máximo que um material pode ser esticado é até o ponto do UTS conhecido; uma rachadura pode então se formar.
• Módulo de Resiliência: A razão foi expressa como tensão de tração sobre duas vezes o módulo de Young do material.
• Estresse de fratura: Estresse de fratura, denotado como 'σₓ', é a tensão máxima no ponto de fissuração imediatamente antes da falha ocorrer. Como regra, é calculado como Tensão = Tensão Aplicada/Área da seção transversal do material. Geralmente, FS é medido em libras psi ou toneladas por polegada quadrada.

UTS determina a tensão máxima obtida em um teste de tração durante a ruptura. Define como ou de que forma um determinado material responde a diversas aplicações. Além disso, UTS é uma propriedade fundamental na determinação do comportamento do material sob carga.

UTS em um diagrama tensão-deformação

Uma curva tensão-deformação pode ser dividida em quatro regiões principais:

Limite Proporcional

O limite proporcional é uma região onde o material se comporta como uma mola. A deformação que ocorre aqui é recuperável. A área sombreada na figura acima é conhecida como região de Hooke de acordo com a lei de Hooke que define a correlação entre tensão e deformação.

Limite de rendimento

Quando o material atinge o limite proporcional, então está na zona limite de rendimento. Aqui, ocorre deformação permanente. Em ambos os casos, a força de tração é descarregada ou invertida; o material não voltará ao seu tamanho original.

Região de endurecimento por deformação

Maior tensão de tração leva ainda mais o material para a região de endurecimento por deformação do curva tensão-deformação. A seção específica é notável porque altera a natureza dos cristais do material. A tensão pretendida é suficiente para alterar a microestrutura do material. Também, torna o material mais resistente.

Região de pescoço

Em microescala, o material está mais forte antes de chegar à fase de estreitamento. No entanto, uma vez que o carícias começa, começa a enfraquecer. O estreitamento é marcado por uma diminuição local na seção transversal. Mais tarde, beijando, o material fica mais próximo da quebra. Nesta fase, oferece menos estresse com mais tensão. A tensão é definida como força por unidade de área e, portanto,, devido aos limites da área da seção óssea, o estresse é alto. O material degrada-se até que a fissura se propague através da secção transversal do elemento em consideração, e o elemento se torna inútil.

Região UTS na curva

O início da região de estrangulamento a partir da região de endurecimento por deformação define o UTS para o material. Mas isso se aplica somente quando o material atingiu seu endurecimento máximo por deformação.. Também, pode suportar a carga segura mais alta.

Como a resistência à tração final pode ser determinada?

UTS é determinado a partir de testes realizados em laboratórios de testes de materiais, equipado com equipamentos de teste sofisticados. Geralmente, a tensão é aplicada a uma amostra de várias maneiras e em vários níveis.

Método de teste

Antes de medir TS, o engenheiro coloca o material com segurança em uma máquina de teste de tração. Geralmente, essas máquinas seguram a amostra em dois ou mais pontos de contato. Em seguida, ele aplica uma força constante na amostra para puxá-la a uma taxa mais lenta do que a força de impacto utilizada antes..

Os engenheiros que supervisionam o teste também observam e documentam vários aspectos do comportamento do material em uma curva tensão-deformação até que a amostra falhe ou se deforme plasticamente.. Esses testes servem a vários propósitos, Incluindo:

• Série de escolha dos materiais corretos a serem empregados no desenvolvimento do produto.
• Previsão do comportamento do material em usos práticos.
• Monitoramento do nível de adesão aos requisitos e características de qualidade identificados e acordados.

Testando novos produtos

Ao realizar esses testes, engenheiros buscam informações específicas sobre as propriedades do material, Incluindo:

• Carga Máxima: A carga máxima que o material pode suportar proporcionalmente ou sem rachar.
• Ductilidade: A extensão em que a amostra pode ser deformada antes de falhar em pequenos fragmentos individuais.
• Dobrar: A capacidade de um material dobrar sem fraturar de um lado, o outro lado, ou ambos.
• Alongamento %: A característica pela qual, o material que proporciona alta elasticidade torna-se flexível quando pressionado.

Os dados coletados durante os testes ajudam os fabricantes a decidir que material devem usar em seus processos. A resistência à tração é medida de três maneiras principais:

• Força de rendimento: Medida da quantidade máxima de tensão que um material pode suportar antes de ser deformado irreversivelmente. O aumento no limite de escoamento indica a tensão na qual ele não consegue recuperar sua forma e formato originais.
• Força Final: Definido como o peso máximo por unidade de volume, um material poderia suportar em um estado tensionado. Como indicado anteriormente, o UTS pode ser definido como a carga que um objeto pode suportar em um determinado momento quando dividida pela área da configuração correspondente de um objeto.
• Força de ruptura: Bobagem, é o último estágio em que o material pode suportar tensões sem clivagem.

Por que a compreensão da resistência à tração é importante?

Uma compreensão da resistência à tração de um material é crucial para a segurança da aplicação. A falha pode ocorrer ao selecionar materiais com baixa resistência à tração. Na fase de projeto, engenheiros prestam muita atenção ao limite de escoamento. A resistência ao escoamento é definida como o limite de tensão no qual ocorre a deformação satisfatória e permanente das peças.. Quanto à resistência à tração final, é a resistência de um material até a qual o material pode falhar. Por exemplo, onde a carga de neve é ​​pesada, o telhado pode dobrar. Ir além da resistência à tração traz a probabilidade de as estruturas serem derrubadas.

Resistência à tração vs.. Força de rendimento

Resistência à tração e resistência ao escoamento são dois parâmetros em escopos de engenharia. O limite de escoamento é geralmente empregado no projeto de produtos por engenheiros. Por isso, para reduzir o risco, a carga deve estar abaixo deste limite. A carga máxima que é sempre colocada sobre um material nunca deve exceder o seu limite de escoamento.

Deve-se identificar a quantidade de seção transversal necessária. Verificou-se que as propriedades do material e a geometria dos membros determinam a carga máxima que pode ser aplicada. Para otimizar a solução, um fator de segurança é incluído para amplificar a segurança estrutural. Este fator normalmente varia entre 1.5 e 2. O segundo valor é obtido multiplicando a carga máxima por este fator. Isso leva em conta cargas inesperadas e possíveis defeitos de material.

Projetar para resistência à tração máxima significa possível deformação. O material pode perder características que definem sua adequação ao uso. Certas ferramentas são endurecidas, como facas e chaves inglesas. Este processo melhora sua resistência até valores próximos à resistência à tração antes da falha.

Resistência à tração final e densidades de vários materiais

A tabela abaixo mostra vários materiais e suas resistências à tração juntamente com suas densidades. As informações a seguir são imperativas para estabelecer quais materiais devem ser usados ​​em engenharia.

Conclusão

UTS é bastante fundamental em engenharia. Auxilia na escolha de materiais para diversos usos. O conhecimento do UTS auxilia nas garantias de segurança e desempenho. Os metais geralmente apresentam altos valores de resistência à tração. Apesar disso, componentes não metálicos, como fibras de carbono, superam-nos significativamente. Isso mostra que a escolha do material é crucial. Seja construção ou utilização de qualquer outro item, é muito essencial conhecer UTS. Finalmente, apenas ter conhecimento adequado do UTS torna o item confiável e durável quando usado. Contate-nos Para maiores informações.