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Structural Engineering

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Constantes de materiais

Visão Geral

Fonte: Roberto Leon, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Virginia Tech, Blacksburg, VA

Ao contrário da produção de carros ou torradeiras, onde milhões de cópias idênticas são feitas e testes extensivos de protótipos são possíveis, cada estrutura de engenharia civil é única e muito cara de reproduzir (Fig.1). Portanto, os engenheiros civis devem confiar extensivamente na modelagem analítica para projetar suas estruturas. Esses modelos são abstrações simplificadas da realidade e são utilizados para verificar se os critérios de desempenho, particularmente aqueles relacionados à força e rigidez, não são violados. Para realizar essa tarefa, os engenheiros necessitam de dois componentes: (a) um conjunto de teorias que explicam como as estruturas respondem às cargas, ou seja, como as forças e deformações estão relacionadas, e (b) uma série de constantes que diferenciam dentro dessas teorias como os materiais (por exemplo, aço e concreto) diferem em sua resposta.

Figure 1
Figura 1: World Trade Center (NYC) centro de transporte.

A maioria dos projetos de engenharia hoje em dia usa princípios lineares elásticos para calcular forças e deformações em estruturas. Na teoria da elasticidade, várias constantes materiais são necessárias para descrever a relação entre estresse e tensão. O estresse é definido como a força por unidade, enquanto a tensão é definida como a mudança de dimensão quando submetida a uma força dividida pela magnitude original dessa dimensão. As duas constantes mais comuns são o módulo de elasticidade (E), que relaciona o estresse com a cepa, e a razão de Poisson (ν), que é a razão da tensão lateral-longitudinal. Este experimento introduzirá os equipamentos típicos usados em um laboratório de materiais de construção para medir a força (ou estresse) e deformação (ou cepa), e usá-los para medir E e ν de uma barra de alumínio típica.

Procedimento

Módulo de Elasticidade e Razão de Poisson

Presume-se aqui que os alunos foram treinados nas precauções de uso e segurança necessárias para operar uma máquina de teste universal.

  1. Obter uma barra de alumínio retangular (12 in. x 1 in. x 1/4 in.); recomenda-se um alumínio 6061 T6xxx ou mais forte. Um orifício deve ser perfurado cerca de 1 em. de uma extremidade de feixe para servir como um ponto de carga.
  2. Marque uma localização na viga cerca de 8.0

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Resultados

Os dados devem ser importados ou transcritos em uma planilha para fácil manipulação e grafia. Os dados coletados são mostrados na Tabela 1.

Como a gagem da cepa de roseta não está alinhada com os principais eixos do feixe, as cepas de roseta precisam ser inseridas nas equações para ε1,2 (Eq. 9) e ε (Eq. 10) acima para calcular as cepas principais, resultando nos dados mostrados na Tabela 2. A tabela mostra que o ângulo entre o estress...

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Aplicação e Resumo

Neste experimento, foram medidas duas constantes materiais fundamentais: o módulo de elasticidade (E) e a razão de Poisson(v). Este experimento demonstra como medir essas constantes em um ambiente de laboratório usando uma gagem de cepa de roseta. Os valores obtidos experimentalmente correspondem bem aos valores publicados de 10.000 ksi e 0,3, respectivamente. Esses valores são fundamentais na aplicação da teoria da elasticidade para o design de engenharia, e esta técnica experimental aqui descrita são t...

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0:07

Overview

1:12

Principles of Elasticity Theory

4:40

Protocol to Determine Modulus of Elasticity and Poisson's Ratio

7:41

Data Analysis and Results

9:52

Applications

10:52

Summary

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