Desenvolvimento de máquina de ensaio de flexão mecânica em polímeros

Abstract

O objetivo deste trabalho foi desenvolver o projeto detalhado de uma máquina para ensaio de flexão mecânica em polímeros de baixo custo. O ensaio de flexão consiste em aplicar uma força em um corpo de prova biapoiado até sua ruptura. Esse ensaio possibilita a obtenção de dados muito importantes no estudo de materiais, como por exemplo: carga máxima (Fmax), deslocamento máximo (δmax), tensão de flexão (σf ), mó- dulo de elasticidade em flexão (Ef ), deformação em flexão, entre outros. Grandes áreas de estudo, como por exemplo engenharia civil, de materiais, aeroespacial, biomédica e automobilística, utilizam esse ensaio para as mais diversas aplicações, como: avaliar a resistência e rigidez de vigas; caracterizar e comparar as propriedades mecânicas de novos materiais ou compósitos; testar materiais leves e compósitos usados em aerona- ves; avaliar implantes, próteses e materiais biocompatíveis em termos de resistência e flexibilidade; ou até mesmo verificar a resistência e durabilidade de peças automo- tivas como chassi e suspensão. O projeto foi desenvolvido de forma a englobar uma gama de áreas estudadas durante o curso, como: mecânica dos sólidos, elementos de máquina, resistência dos materiais, metrologia, engenharia de precisão, desenho mecânico, eletrônica, programação e acionamentos elétricos, utilizando a metodologia das teorias de desenvolvimento de produto de Pahl et al(2005). Ao final do projeto, os resultados obtidos foram avaliados e discutidos, mostrando-se satisfatórios, visto que a máquina foi construída com materiais mais simples em comparação a modelos de alto nível, e mesmo assim apresentou incerteza de medição de ±1 mm no deslocamento e ±0,01 N na carga.

The objective of this work was to develop the detailed design of a machine for mechanical flexure testing of low-cost polymers. The flexure test consists of applying a force to a simply supported specimen until it ruptures. This test allows for the collection of very important data in the study of materials, such as: maximum load (Fmax), maximum displacement (δmax), flexural stress (σf ), flexural modulus of elasticity (Ef ), flexural deformation, among others. Major fields of study, such as civil, materials, aerospace, biomedical, and automotive engineering, use this test for a wide range of applications, such as: evaluating the strength and stiffness of beams; characterizing and comparing the mechanical properties of new materials or composites; testing lightweight materials and composites used in aircraft; evaluating implants, prostheses, and biocompatible materials in terms of strength and flexibility; and even verifying the strength and durability of automotive parts such as chassis and suspension. The project was developed to encompass a range of areas studied during the course, such as: solid mechanics, machine elements, material strength, metrology, precision engineering, mechanical design, electronics, programming, and electrical drives, using the product development theories methodology of Pahl et al. (2005). At the end of the project, the results obtained were evaluated and discussed, proving to be satisfactory, since the machine was built with simpler materials compared to high-level models, and even so, it presented measurement uncertainty of ±1 mm in displacement and ±0.01 N in load.