Estudo das propriedades mecânicas através do ensaio de tração na fase elástica e determinação da curva otimizada

Abstract

O Ensaio de tração é uma das técnicas mais difundidas na indústria metal - mecânica, principalmente na determinação da curva tensão x deformação de vários tipos de materiais, como: aço, madeira, concreto, etc, e aplicadas na construção civil, mecânica, automotiva, entre outros, para determinação e compreensão das principais propriedades mecânicas (rigidez, resiliência, tenacidade, etc). Observa-se na indústria uma corrida incessante pelo aperfeiçoamento de produtos industrializados com o impacto direto na diminuição de custos em matéria prima, insumos, entre outros. No entanto, para que se possa alcançar este objetivo, se faz necessário utilizar técnicas que permitam melhorar a precisão de determinados tipos de ensaio, sem elevar o seu custo. Seu estudo também é largamente difundido na área acadêmica, onde são realizadas simulações com o intuito de melhorar a qualidade de determinado tipo de material que será utilizado na indústria metal - mecânica. Este trabalho tem como objetivo determinar uma solução analítica que melhor se adeque ao comportamento da fase elástica de uma amostra de aço, quando submetido à certa tensão e por consequência acarretando em uma deformação do material. Espera-se uma melhora da precisão na determinação de algumas propriedades mecânicas do material, como por exemplo, limite de elasticidade, limite de resistência à tração, quando for utilizada a curva otimizada na fase elástica do material. Especificamente neste trabalho é de grande interesse analisar a função que melhor se adeque aos dados experimentais na realização do ensaio de tração para um determinado tipo de aço utilizado na indústria. Para isto realizou-se um ensaio de tração com 40 amostras de um determinado aço (aço SAE 1020) e observou-se a deformação do material até sua ruptura. Utilizando um gráfico de dispersão para plotar os pontos amostrais da tensão e deformação para a fase elástica do material, determinou-se uma equação que melhor se ajusta a esses pontos experimentais. Este procedimento de obter uma regressão linear dos pontos amostrais é sem dúvida o mais utilizado na indústria e observado na literatura. Contudo, propõe-se uma regressão não só linear, mas sim, para uma função polinomial até o quinto grau com o interesse de verificar qual curva possui um erro menor e consequentemente utilizá-la para melhorar a precisão na determinação de certas propriedades mecânicas.

The tensile test is one of the most widespread techniques in the metal - mechanics industry, mainly in the determination of the stress - strain curve of various types of materials, such as: steel, wood, concrete, etc, and applied in civil, mechanical, automotive, Among others, for determination and understanding of the main mechanical properties (rigidity, resilience, toughness, etc.). An incessant race for the improvement of industrialized products is observed in the industry with the direct impact in the reduction of costs in raw material, inputs, among others. However, in order to achieve this objective, it is necessary to use techniques that improve the accuracy of certain types of test, without raising the cost. His study is also widespread in the academic area, where simulations are carried out with the aim of improving the quality of a certain type of material that will be used in the metal - mechanic industry. This work aims to determine an analytical solution that best suits the behavior of the elastic phase of a steel sample, when subjected to a certain tension and consequently leading to a deformation of the material. It is expected an improvement of the precision in the determination of some mechanical properties of the material, such as elasticity limit, tensile strength limit, when the optimized curve is used in the elastic phase of the material. Specifically in this work it is of great interest to analyze the function that best suits the experimental data in the accomplishment of the test of traction for a certain type of steel used in the industry. For this purpose a tensile test was carried out with 40 samples of a certain steel (SAE 1020 steel) and deformation of the material was observed until its rupture. Using a scatter plot to plot the stress and strain points for the elastic phase of the material, an equation that best fits these experimental points was determined. This procedure of obtaining a linear regression of the sample points is undoubtedly the most used in the industry and observed in the literature. However, it is proposed a regression not only linear but for a polynomial function up to the fifth degree with the interest of verifying which curve has a smaller error and consequently to use it to improve the precision in determining certain mechanical properties.