Análise experimental e computacional para ensaio flexão de materiais

Abstract

Os ensaios destrutivos são os mais utilizados para a caracterização das propriedades mecânicas dos materiais e os que melhor permitem determinar os esforços a que um determinado material pode ser submetido. Nestes métodos de ensaio, os corpos de prova são inutilizados, impedindo sua reutilização, devido o aparecimento de marcas, deformações ou fraturas. Realizar sucessivos ensaios deste gênero demanda a utilização de uma grande quantidade de material e alto custo experimental. Assim como em outras áreas, devido a necessidade da redução de custos e tempo para realização das pesquisas, a utilização de softwares de simulação computacional baseados em Métodos de Elementos Finitos (MEF) vem a ser uma boa opção. O trabalho consiste em realizar um estudo experimental-computacional para descrever o comportamento mecânico do Poliestireno Expandido (EPS), pelo método do ensaio de flexão. Para o ensaio foi utilizada uma prensa mecânica, construída com material de custo reduzido e automatizada com o auxílio da plataforma de prototipagem Arduíno Uno R3®, de hardware livre, que utiliza o microcontrolador ATMEGA328, dispositivo este que permite realizar a interface entre dispositivos físicos e eletrônicos. O microcontrolador recebe uma programação baseada na linguagem C/C++, sendo responsável pelo controle do equipamento que realiza os ensaios e também pela aquisição dos dados dos sensores de força. Um dos sensores produz uma tensão elétrica quando submetido a uma pressão (piezoelétrico) e um dispositivo eletromecânico mede os pulsos elétricos a partir do movimento rotacional de seu eixo (encoder). Para a caracterização do material que constitui a placa de Poliestireno Expandido (EPS), esta foi submetida a um ensaio de flexão permitindo determinar os valores da força necessária para quebrar a placa, os sons emitidos no processo de ruptura, e a deflexão máxima suportada pela placa. Uma vez realizada à caracterização mecânica do material, os ensaios mecânicos de flexão serão reproduzidos computacionalmente em software baseado em Método de Elementos Finitos de pacote fechado, a fim de validar os resultados experimentais para o ensaio destrutivo para o equipamento desenvolvido. Os resultados experimentais, para o protótipo desenvolvido, foram comparação com os resultados pelo Método de Elementos Finitos para as curvas de tensão por deformação, onde para uma deformação de até 2% as curvas apresentam o mesmo comportamento e determinam os mesmos valores para o Módulo de Elasticidade do material,