O que é a curva tensão-deformação: gráfico e tipos

Quando um componente é fabricado, a peça é submetida a diferentes forças, como a tensão e a deformação. Estes dois termos têm significados profundos, que nos ajudam a determinar a sua importância.

Se também quer compreender tudo sobre as curvas tensão-deformação, o guia abaixo tem tudo. Então, vamos ler.

O que é a tensão?

A tensão é um tipo de força aplicada ao material. Apresenta também os diferentes tipos de reações que um material pode ter quando está sob a ação de uma força. Existem dois tipos de tensão, como se explica abaixo.

Tensão de tração

A tensão de tração é aplicada aos materiais quando estes são alongados e esticados em comprimento. Um exemplo é esticar uma haste para aumentar o seu comprimento. Durante a tensão de tração, o material é puxado de ambos os lados.

Tensão de compressão

A tensão de compressão é aplicada aos materiais quando estes são comprimidos e, por serem espremidos, o seu tamanho é reduzido. A força é aplicada igualmente de ambos os lados.

O que é a deformação?

A deformação refere-se à alteração que ocorre na peça quando esta é submetida a uma força. A mudança na forma e nas dimensões dos materiais é causada pela força aplicada na deformação. Existem dois tipos de deformação.

Deformação de tração

Na deformação de tração, o material é alongado devido à pressão aplicada, causando deformidade.

Deformação de compressão

A deformação de compressão é aplicada ao material, deformando-o de forma compressiva, com uma redução do tamanho.

O que é uma curva tensão-deformação?

A curva tensão-deformação é um gráfico que mostra a variação da tensão quando a deformação aumenta.

É amplamente utilizada na indústria transformadora para compreender a natureza dos materiais. Ajuda a determinar o comportamento do material — se é dúctil com base na tensão.

As curvas tensão-deformação destinam-se a materiais que são frágeis e duros, mas que devem ser dúcteis. Abaixo encontra-se uma curva tensão-deformação.

Porque é importante a curva tensão-deformação?

A curva tensão-deformação é importante porque fornece aos engenheiros os parâmetros essenciais necessários para o projeto. Este gráfico apresenta várias propriedades mecânicas, como o ponto de cedência, a tenacidade, a elasticidade e o alongamento.

Explicação do gráfico tensão-deformação

O gráfico tensão-deformação tem múltiplos elementos, cada um com a sua importância. Abaixo encontrará uma análise detalhada de cada um destes elementos.

Limite de proporcionalidade

O limite de proporcionalidade é o ponto final da parte linear da curva; é o módulo de Young que pode ser obtido calculando o declive.

Limite de elasticidade

Representa o ponto de deformação elástica.

Ponto de cedência

O ponto de cedência é também um limite de elasticidade, mas pode ser calculado.

Ponto de tensão máxima

É a quantidade máxima de tensão na curva, após a qual se inicia a estricção. É muito importante garantir que se encontra no ponto máximo da curva, após o qual o material pode romper.

Ponto de fratura ou de rutura

O ponto de rutura é o ponto da curva em que se observa a deformidade do material e em que este fratura ou rompe.

Lei de Hooke

A lei de Hooke explica o conceito de elasticidade e como a força pode comprimir ou estender o objeto. Considera a elasticidade numa dada distância, que é proporcional à força. Quanto maior a força, maior a distância. A fórmula da lei de Hooke é apresentada abaixo.

A lei de Hooke afirma que, na maioria dos metais, quanto maior a força interna, maiores são as alterações no comprimento. Isto significa que a tensão e a deformação são diretamente proporcionais. Os metais têm elasticidade apenas até certo ponto.

Como ler o gráfico?

A curva tensão-deformação pode ser lida da forma sugerida abaixo.

• Selecione o valor da tensão no eixo y.
• Crie uma linha horizontal em frente ao eixo y para a intersetar com a linha da curva e marque esse ponto.
• Desenhe uma linha vertical, desde o ponto de interseção até ao eixo x; estas linhas formarão um ângulo reto.
• O valor obtido no primeiro passo do ensaio de tensão mostra que a tensão responde à deformação do material no ponto em questão.

Tipos de tensão e deformação

Os dois tipos de tensão e deformação são explicados abaixo.

Tensão e deformação de engenharia vs. reais

A tensão e a deformação de engenharia permitem obter valores equivalentes através do ensaio de tração padrão, dando uma ideia do comportamento do material. Este tipo é também designado por tensão e deformação nominais. A fórmula para a tensão e deformação de engenharia é a seguinte:

A tensão e a deformação reais são a tensão e a deformação verdadeiras. Ajudam a compreender as propriedades do material e, para as calcular, é necessário a carga aplicada, o comprimento de referência e a área da secção transversal. As seguintes fórmulas podem ser utilizadas para calcular a tensão e a deformação reais.

Curvas tensão-deformação para diferentes materiais

A curva tensão-deformação permite compreender a forma como os materiais se comportam quando lhes é aplicada uma força. Evidencia várias propriedades do material, como os pontos de fratura, a elasticidade e a tensão de cedência.

Metais como o aço apresentam uma região elástica linear e são dúcteis. Os polímeros, por outro lado, têm uma elasticidade não linear que consiste numa grande deformação sem um ponto de cedência específico.

Quanto ao vidro e às cerâmicas, são frágeis e apresentam uma curva semelhante à do aço, com fratura súbita. Estas curvas destinam-se a ajudar os engenheiros a selecionar o material com base na tensão que este consegue suportar.

Conclusão

A curva tensão-deformação desempenha um papel fundamental na análise de materiais para o fabrico de componentes. Na DEK analisamos a curva tensão-deformação antes de fabricarmos os componentes, para lhe oferecermos os materiais certos.