Comportamento Mecânico de Materiais

Engenharia Mecânica, Publicação em Diário da República - Despacho nº 14312/2015 - 02/12/2015

4.5 ECTS; 2º Ano, 1º Semestre, 15,0 T + 30,0 PL + 15,0 TP + 3,50 OT

Docente(s)
- Carlos Alexandre Campos Pais Coelho

Pré-requisitos
Embora não seja obrigatório, será útil a aprovação à UC Ciência e Engenharia dos Materiais

Objetivos
Estudo da resposta de sólidos deformáveis à aplicação de sistemas de forças.
Conhecimento dos princípios de elasticidade e plasticidade: análise de tensões e deformações, relações entre tensões e deformações e critérios de falha.
Conhecimento dos mecanismos fundamentais de deformação dos diferentes tipos de materiais.
Compreender os diferentes tipos de respostas dos materiais às solicitações mecânicas (propriedades) e saber utilizá-las.
Conhecimento dos ensaios de caracterização mecânica, nomeadamente, tracção, compressão, flexão, dureza, tenacidade, fadiga e fluência.

Programa
1. Introdução
1.1. Definição de propriedades mecânicas dos materiais
1.2. Medição de propriedades
1.3. Normas aplicadas

2. Princípios de Elasticidade
2.1. Carregamento uniaxial e Lei de Hooke. Definição de tensão média e extensão. Definição de constantes elásticas: Módulo de Young e coeficiente de Poisson.
2.2. Solicitação de corte (distorção): definição de tensão de corte e distorção. Definição de Módulo de corte. Relação entre as constantes elásticas.
2.3. Teoria do estado de tensão num ponto. Estado de tensão genérico (tridimensional). Estado plano de tensão. Tensões e planos principais e tensões de corte máximas. Representação gráfica de estados de tensão (construção de Mohr).
2.4. Teoria do estado de deformação infinitesimal. Estado tridimensional de deformação. Estado plano de deformação. Extensões e direcções principais e distorção máxima. Representação gráfica de estados de deformação (construção de Mohr). Medição de deformações.
2.5. Relações entre tensões e deformações. Lei de Hooke generalizada. Tensor das constantes elásticas. Coeficientes de Lamé. Relação entre o tensor das deformações e o tensor das tensões.
2.6. Critérios de falha

3. Ensaio de tracção
3.1. Normas utilizadas. Corpos de prova ou provetes.
3.2. Zonas de deformação da curva de tracção. Parâmetros da curva de tracção. Determinação de propriedades através da curva de tracção. Encruamento.
3.3. Curva real de tracção
3.4. Tipos de fractura em metais solicitados em tracção.
3.5. Influência da temperatura e velocidade da aplicação da carga no ensaio de tracção
3.6. Formas típicas de curvas de tracção para alguns materiais.

4. Comportamento elástico, viscoelástico linear e viscoelástico não-linear. Deformação plástica e fractura: mecanismos de deformação plástica em materiais cristalinos, resistência mecânica máxima teórica dos cristais. Fractura em metais, cerâmicos e em polímeros

5. Compressão de materiais
5.1. Compressão de materiais dúcteis e frágeis
5.2. Ensaio de compressão
5.3. Efeito Bauchinger

6. Avaliação da dureza dos materiais: Escala de Mohs. Ensaio de dureza Brinnel, Meyer, Rockell e Vickers. Ensaio de micro-dureza

7. Ensaios de flexão.

8. Avaliação da tenacidade
8.1. Comportamento dúctil e frágil
8.2. Variação da tenacidade com a temperatura, velocidade de deformação e estado de tensões
8.3. Concentração de tensões
8.4. Factor crítico de intensidade de tensões
8.5. Métodos dinâmicos e quase-estáticos de avaliação da tenacidade
8.6. Temperatura de transição dúctil-frágil
8.7. Tenacidade dos polímeros e temperatura de transição vítrea

9. Fadiga de materiais
9.1. Características da ruptura por fadiga
9.2. Fenomenologia típica de início e propagação da fissura
9.3. Fadiga clássica e oligocíclica
9.4. Ensaios de fadiga: ciclos de tensão e seus parâmetros. Tipos de ensaio e provetes. Apresentação dos resultados obtidos em ensaios. Tensão limite de fadiga.
9.5. Teoria de dano cumulativo em fadiga: método de Palmgren-Miner

10. Fenómenos de fluência, relaxação e recuperação
10.1. Avaliação da fluência e curvas de fluência
10.2. Características microestruturais em metais resistentes à fluência

Metodologia de avaliação
Os alunos são avaliados por meio de provas escritas e de trabalhos de grupo realizados nas aulas.
Frequências: 2 provas escritas (70%) + trabalhos de grupo (25%) + presenças (5%)
Exames: 1 prova escrita (75%) + trabalhos de grupo (25%).
Em cada prova escrita o aluno deverá ter um mínimo de 7,5 valores para a aprovação. Nos trabalhos práticos é obrigatórios, para aprovação, nota superior a 10 valores.

Bibliografia
- Smith, W. (1996). Principio de Ciência e Engenharia dos Materiais. .: MC Graw Hill
- Morris, D. (1999). Mechanics of Materials. USA: John Wiley & Sons
- Baptista, J. (2000). Sebenta “Tecnologia Mecânica I – Ensaios e Processos”. .: .
- Coelho, C. (2019). Apontamentos do docente. .: .

Método de interação
Aulas teóricas expositivas, resolução de exercícios e desenvolvimento de trabalhos laboratoriais.

Software utilizado nas aulas
MDSolids e software de equipamento de ensaio