Determinação do módulo de elasticidade em aços e alumínio através da frequência natural comparado ao ensaio de tração

Abstract

RESUMO Muitos materiais, quando em serviço, são submetidos a forças ou cargas. Nestas situações é necessário conhecer as propriedades do material, dentre estas o módulo de elasticidade, para se projetar peças e dispositivos, de forma que qualquer deformação resultante seja previsível e não o suficiente para ocorrer deformações plásticas, fadiga acelerada ou até mesmo a fratura. Neste artigo foi utilizado um método dinâmico para determinar o módulo de elasticidade de uma liga de alumínio e de dois tipos de aços medindo-se a frequência natural de vibração, sem a necessidade de destruir o corpo de prova, como em ensaios de tração por exemplo. O procedimento experimental consistiu em submeter o material a impactos controlados, para obter as frequências naturais por meio de um acelerômetro. Com os resultados das frequências, utilizando-se de meios matemáticos propostos pela norma ASTM E 1876, pode-se definir o módulo de elasticidade do material. Este procedimento pode identificar o módulo de elasticidade do material de uma maneira não-destrutiva, rápida e de boa confiabilidade. Com a intensão de obter parâmetros que possam gerar um nível de confiabilidade nos ensaios, foi realizada a comparação dos resultados deste experimento com os resultados obtidos no ensaio de tração, onde a diferença do aço Domex 700 entre os métodos foi de 3,22%, a diferença do aço SAE 1522 foi de 1,68% e a diferença da liga de alumínio 1200H14 foi de 6,27%, mostrando assim que o método é válido e que os resultados foram semelhantes.

Determinação do módulo de elasticidade de Young por meio de um smartphone

“…Aplicando-se a equação (18) aos dados da Tabela 4, obteve-se para o aço o coeficiente E aço = (209 ± 2) GPa, muito próximo do valor de referência, E aço = 210 GPa [2,53] apresentando um desvio relativo de 1%. Com os dados da Tabela 5, encontrou-se para o alumínio o coeficiente E Al = (65 ± 1) GPa.…”

“…Edificações e inúmeras máquinas submetem-se a esforços estáticos e dinâmicos que geram deformações, as quais necessitam ser muito bem dimensionadas para que se garanta a integridade física [1][2][3][4][5][6][7][8][9][10]. Nesse mister, entre diversas outras propriedades dos materiais,é essencial o conhecimento do módulo de elasticidade de Young dos componentes que estruturam os artefatos tecnológicos, justificando o porquê de esta grandeza ser objeto de perseverante estudo.…”

“…O método tradicional emprega a medida da deformação de uma amostra submetida a esforços que geram flexão ou alongamento do material. Outra metodologia envolve a medida da velocidade do som, requerendo equipamentos mais sofisticados [2,[11][12][13][14]. Uma vez entendida a relevância deste parâmetro, fica justificada a proposição de * Endereço de correspondência: rossini@utfpr.efu.br uma prática de física para a graduação que objetiva obtêlo para o aço e para o alumínio, empregando materiais e aparatos acessíveis e de baixo custo, enquanto adota uma metodologia muito simples e bastante lúdica.…”