Stress vs Strain: Tudo o que precisa de saber

A tensão e a deformação são dois termos diferentes e simultaneamente relacionados. É fundamental compreender a sua relação para que a seleção do material possa ser feita para diferentes aplicações relevantes.

O artigo que se segue explora as diferenças entre os termos tensão e deformação e o seu significado na seleção de materiais e na disposição do desenho. Então, vamos lá ler.

O que é o stress?

A tensão é a força por unidade de área que actua sobre um determinado material. Define também a forma como os materiais reagem quando estão sob determinadas condições de carga. Ocorrem diferentes tipos de tensão dentro de um objeto.

Tipos de stress

As duas formas mais comuns de stress são as seguintes:

Tensão de tração

A tensão de tração ocorre quando um objeto está a ser puxado, uma vez que provoca um aumento do seu comprimento. Por exemplo, quando uma haste é puxada ou um fio é esticado por forças em direção oposta a partir de ambas as extremidades, este estica-se para fora.

Tensão de compressão

A tensão de compressão ocorre quando o objeto é empurrado e o seu comprimento diminui. Por exemplo, quando uma barra ou um fio é espremido quando empurrado das duas extremidades por forças opostas e iguais.

Como funciona a tensão nos materiais

A tensão num material é criada quando o material passa por uma força de deformação. Cria uma força aplicada, que pode ser uma deformação elástica, que é reversível, ou uma deformação de desempenho que tem lugar.

Os átomos do material resistem às forças externas devido à ligação presente, o que cria uma força na reação oposta.

No caso de uma força de tração simples, mesmo quando um material é esticado a partir de uma extremidade, a reação é observada sob a forma de tensão nas duas dimensões. Assim, o material é esticado numa direção e contraído noutra.

Como se mede a tensão dos materiais

É impossível medir diretamente a tensão, pelo que se medem as deformações e as forças aplicadas. Para medir a deformação, é muito importante compreender a relação entre a deformação e a força.

Existem diferentes métodos aplicáveis à medição da deformação, que podem ser realizados através de extensómetros, células de carga, fotoelasticidade e ensaios ultra-sónicos.

Uma vez conhecida a magnitude da força, pode utilizar a equação da tensão para calcular a tensão. A equação é σ=F/A.

A análise das tensões afecta as forças que um objeto pode tolerar. É muito importante identificá-las para que a seleção do material possa ser feita em conformidade.

O que é a tensão?

A tensão mede a deformação do material que ocorre sob a influência de uma força externa. Também considera o nível de deformação que ocorre num material que passa pela tensão.

A deformação é a medida da alteração do comprimento de um material em relação à dimensão original e é uma quantidade sem unidade.

Tipos de tensão

As duas formas de tensão são as seguintes:

Tensão de tração

A tensão de tração ocorre quando um material é alongado ou esticado.

Deformação por compressão

A deformação por compressão ocorre quando o material é encurtado ou comprimido.

Como funciona a deformação nos materiais

Com a aplicação de uma força externa, o material deforma-se, e essa deformação é a tensão. O comportamento ou a deformação do material sob tensão baseia-se em muitos factores, como o tipo de material, a composição, a direção e a magnitude.

Existem três formas de os materiais se deformarem quando sujeitos a tensão; são as seguintes:

• A deformação elástica ocorre quando um material se deforma quando sujeito a tensão, mas recupera o seu espaço real quando a tensão é libertada.
• A deformação plástica é uma deformação permanente e, quando a forma de um material se altera sob tensão, não recupera.
• A fratura ocorre quando a tensão aplicada é superior à resistência do material, o que leva à falha ou rutura.

Como é medida a deformação dos materiais

Existem muitos métodos através dos quais a deformação pode ser medida, sendo os mais populares os extensómetros e os extensómetros.

São ambos métodos direcionais e, para além destes, outros métodos são os sensores piezoeléctricos e a correlação de imagens digitais.

Exemplos de tensão vs. deformação de diferentes materiais

Cada material tem uma reação diferente à tensão e ao esforço, e esta secção destaca a resposta dos metais e dos polímeros:

Metais

Alguns metais como o aço inoxidável e outras ligas, tendem a deformar-se sob tensão. Entretanto, os metais frágeis, como o aço com elevado teor de carbono, estão sujeitos a fratura mesmo que haja uma pequena deformação.

Entretanto, o aço com baixo teor de carbono dobra-se quando sujeito a tensão até atingir um ponto de cedência; é deformado, o que é endurecido por deformação.

Polímeros

O comportamento da tensão e da deformação nos polímeros é muito diversificado. Um polímero frágil é deformado elasticamente, enquanto que se for puxado mais, pode ocorrer uma fratura. Este ponto representa a resistência à tração sob a forma de valor de tensão.

Alguns elastómeros, como a borracha, podem restaurar o seu ponto real após serem sujeitos a tensão e, se forem estendidos até ao ponto de fratura, partem.

Como o stress e a tensão se relacionam entre si

A tensão e a deformação estão associadas uma à outra, de tal forma que uma provoca a outra. O módulo de Young descreve a forma como a tensão e a deformação estão relacionadas entre si.

O modelo elástico está relacionado com a tensão aplicada a um materialque resulta em deformação, e esta relação é também descrita pela lei de Hooke. De acordo com esta lei, a tensão e a deformação são diretamente proporcionais uma à outra, desde que o material apresente elasticidade.

Esta relação é expressa matematicamente da seguinte forma:

σ = E* ε

A curva tensão-deformação

A relação entre tensão e deformação tem alguns termos importantes que fazem parte da curva de tensão e deformação, que são os seguintes

A região elástica

As regiões elásticas são as regiões de deformação e, na mesma região, os materiais voltam à sua forma atual quando a tensão é eliminada.

Ponto de rendimento

Descreve o ponto de deformação do material. A tensão presente neste ponto é designada por tensão de cedência.

A Região Plástica

A região plástica é a região que se inicia após o ponto de cedência, e a deformação que ocorre nesta região é permanente.

Resistência à tração final

Resistência à tração final é o limite máximo de tensão do material. Este ponto na curva pode ser visto onde o estrangulamento começa a ocorrer.

Necking

O estrangulamento é a região da curva de tensão e deformação que apresenta uma deformação maior.

Fratura

Nesta altura, o material tende a fraturar.

Conclusão

O guia acima destaca uma diferença pormenorizada entre tensão e deformação e a forma como ambas se relacionam. Se pretende que alguns componentes sejam fabricados com elevada precisão e sem deformação, pode entrar em contacto connosco em DEK.

Compreendemos o princípio de tensão e deformação; por isso, escolheremos o material certo com o processo certo para as suas aplicações necessárias.