Introduo Pode ser que voc no tenha se dado conta, mas j praticou
o cisalhamento muitas vezes em sua vida. Afinal, ao cortar um
tecido, ao fatiar um pedao de queijo ou cortar aparas do papel com
uma guilhotina, estamos fazendo o cisalhamento.
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Cisalhamento No caso de metais, podemos praticar o cisalhamento
com tesouras, prensas de corte, dispositivos especiais ou
simplesmente aplicando esforos que resultem em foras cortantes. Ao
ocorrer o corte, as partes se movimentam paralelamente, por
escorregamento, uma sobre a outra, separando-se. A esse fenmeno
damos o nome de cisalhamento.Prof. Brenno Ferreira de Souza
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Cisalhamento Todo material apresenta certa resistncia ao
cisalhamento. Saber at onde vai esta resistncia muito importante,
principalmente na estamparia, que envolve corte de chapas, ou nas
unies de chapas por solda, por rebites ou por parafusos, onde a
fora cortante o principal esforo que as unies vo ter de suportar.
Sero estudados dois modos de calcular a tenso de cisalhamento:
realizando o ensaio de cisalhamento utilizando o valor de
resistncia trao do material.
Sero vistos como so feitos os ensaios de cisalhamento de alguns
componentes mais sujeitos aos esforos cortantes.Prof. Brenno
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Esforo Cortante Nas aulas de ensaios de trao e de compresso
foram apresentadas foras aplicadas sobre os corpos de prova ao
longo de seus eixos longitudinais:
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Esforo Cortante No caso do cisalhamento, a fora aplicada ao
corpo na direo perpendicular ao seu eixo longitudinal.
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Resistncia ao Cisalhamento Esta fora cortante, aplicada no plano
da seo transversal (plano de tenso), provoca o cisalhamento. Como
resposta ao esforo cortante, o material desenvolve em cada um dos
pontos de sua seo transversal uma reao chamada resistncia ao
cisalhamento. A resistncia de um material ao cisalhamento, dentro
de uma determinada situao de uso, pode ser determinada por meio do
ensaio de cisalhamento. A forma do produto final afeta sua
resistncia ao cisalhamento.Prof. Brenno Ferreira de Souza
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Ensaio de Cisalhamento por essa razo que o ensaio de
cisalhamento mais freqentemente feito em produtos acabados, tais
como pinos, rebites, parafusos, cordes de solda, barras e chapas.
tambm por isso que no existem normas para especificao dos corpos de
prova. Quando o caso, cada empresa desenvolve seus prprios modelos,
em funo das necessidades. Neste ensaio normalmente determina-se
somente a tenso de cisalhamento, isto , o valor da fora que provoca
a ruptura da seo transversal do corpo ensaiado.Prof. Brenno
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Ensaio de Cisalhamento Do mesmo modo que nos ensaios de trao e
de compresso, a velocidade de aplicao da carga deve ser lenta, para
no afetar os resultados do ensaio. Normalmente o ensaio realizado
na mquina universal de ensaios, qual se adaptam alguns
dispositivos, dependendo do tipo de produto a ser ensaiado.Prof.
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Ensaio de Cisalhamento Para ensaios de pinos, rebites e
parafusos utiliza-se um dispositivo como o que est representado
simplificadamente na figura ao lado.
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Ensaio de Cisalhamento O dispositivo fixado na mquina de ensaio
e os rebites, parafusos ou pinos so inseridos entre as duas partes
mveis. Ao se aplicar uma tenso de trao ou compresso no dispositivo,
transmite-se uma fora cortante seo transversal do produto ensaiado.
No decorrer do ensaio, esta fora ser elevada at que ocorra a
ruptura do corpo.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro
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Ensaio de Cisalhamento No caso de ensaio de solda, utilizam-se
corpos de prova semelhantes aos empregados em ensaios de pinos. S
que, em vez dos pinos, utilizam-se junes soldadas. Para ensaiar
barras, presas ao longo de seu comprimento, com uma extremidade
livre, utilizase o dispositivo ao ladoProf. Brenno Ferreira de
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Ensaio de Cisalhamento No caso de ensaio de chapas, emprega-se
um estampo para corte, como o que mostrado a seguir.
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Tenso de Cisalhamento A tenso de cisalhamento ser aqui
identificada por TC. Para calcular a tenso de cisalhamento, usamos
a frmula
onde F representa a fora cortante e S representa a rea do
corpo.Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico14
Exemplo Observe o desenho a seguir. Ele mostra um rebite de 20mm
de dimetro que ser usado para unir duas chapas de ao, devendo
suportar um esforo cortante de 29400 N. Qual a tenso de
cisalhamento sobre a seo transversal do rebite?
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Exemplo O primeiro passo consiste em calcular a rea da seo
transversal do rebite, que dada pela frmula: Ento, a rea da seo do
rebite : Agora, basta aplicar a frmula para o clculo da tenso de
cisalhamento:
Deste modo:Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro
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Tenso de Trao e de Cisalhamento A realizao de sucessivos ensaios
mostrou que existe uma relao constante entre a tenso de
cisalhamento e a tenso de trao. Na prtica, considera-se a tenso de
cisalhamento (TC) equivalente a 75% da tenso de trao (T). Em
linguagem matemtica isto o mesmo que: TC = 0,75 T por isso que, em
muitos casos, em vez de realizar o ensaio de cisalhamento, que
exige os dispositivos j vistos, utilizam-se os dados do ensaio de
trao, mais facilmente disponveis.Prof. Brenno Ferreira de Souza
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Exerccio Prtico O conhecimento da relao entre a tenso de
cisalhamento e a tenso de trao permite resolver inmeros problemas
prticos, como o clculo do nmero de rebites necessrios para unir
duas chapas, sem necessidade de recorrer ao ensaio de cisalhamento.
Supondo que seja necessrio unir duas chapas, como mostra a ilustrao
a seguir.
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Exerccio Prtico No exemplo que estamos analisando, sabemos que:
as chapas suportaro uma fora cortante (F) de 20.000 N o dimetro (D)
de cada rebite de 4mm a tenso de trao (T) suportada por cada rebite
650 MPa
Calcule a quantidade de rebites necessrios para unir a chapa sem
sofrer o cisalhamento.
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Exerccios1. No cisalhamento, as partes a serem cortadas se
movimentam paralelamente por ......................... uma sobre a
outra. 2. A fora que faz com que ocorra o cisalhamento chamada de
fora ......................... 3. Os dispositivos utilizados no
ensaio de cisalhamento, normalmente so adaptados na mquina
......................... 4. Um rebite usado para unir duas chapas
de ao. O dimetro do rebite de 6mm e o esforo cortante de 10.000 N.
Qual a tenso de cisalhamento no rebite? 5. Duas chapas de ao devero
ser unidas por meio de rebites. Sabendo que essas chapas devero
resistir a uma fora cortante de 30.000 N e que o nmero mximo de
rebites que podemos colocar na juno 3, qual dever ser o dimetro de
cada rebite? (A tenso de trao do material do rebite de 650
Mpa).Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico20
OBRIGADO!Niquelndia, 2011 [email protected].
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