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Júpiter - Sistema de Graduação

Escola Politécnica
 
Engenharia Metalúrgica e Materiais
 
Disciplina: PMT2405 - Mecânica dos Materiais
Mechanics of Materials

Créditos Aula: 4
Créditos Trabalho: 0
Carga Horária Total: 60 h
Tipo: Semestral
Ativação: 01/01/2014 Desativação:

Objetivos
-Discutir e comparar o comportamento mecânico das diversas classes de materiais (cerâmicos, metálicos, poliméricos e compósitos) e sua relação com a estrutura e a microestrutura /to discuss ant to compare the mechanical behaviour of all classes of materials (ceramic,metallic, polymeric and composite) and its relation with structure and microstructure.
-Apresentar e discutir os fundamentos da mecânica da fratura/to present and to discuss the foundations of fracture mechanics.
-Compreender os conceitos de resistência mecânica, tenacidade, resistência à fadiga e à fluência/to understand the concepts of streingth, toughness, fatigue and creep strength.
-Discutir noções de filosofia de projeto mecânico em solicitações de fadiga e fluência, assim como de projetos regidos pela mecânica da fratura/to discuss notions of creep and fatigue-oriented engineering projects, as well as of fracture mechanics-oriented engineering projects.
-Compreender of fundamentos dos ensaios mecânicos e sua aplicabilidade/to understand the foundations of mechanical tests and their applicability.
-Aprender como localizar dados relevantes sobre o comportamento mecânico de materiais específicos/to learn how to locate relevant data about mechanical behaviour of given materials.
 
Docente(s) Responsável(eis)
294750 - Claudio Geraldo Schön
 
Programa Resumido
Revisão de resistência dos materiais/ review of solid mechanics
Elasticidade linear/linear elasticity
Plasticidade/ plasticity
Mecanismos de deformação plástica e de fratura/ fracture and plastic deformation mechanisms
Mecânica da fratura linear elástica/ linear elastic fracture mechanics
Noções de Mecânica da fratura elasto-plástica/ principles of elasto-plastic fracture mechanics
Viscoelasticidade, fluência e superplasticidade/ viscoelasticity, creep and superplasticity
Fadiga dos materiais/ materials fatigue
Efeitos do ambiente sobre o comportamento mecânico dos materiais/environmentally assisted cracking
Mecânica dos materiais compósitos/ composite mechanics
 
Programa
Revisão de resistência dos materiais: tensores de tensão e de deformação, círculos de Mohr em duas e três dimensões, estados planos de tensão e de deformação. Elasticidade linear: módulos elásticos, coeficiente de Poisson, elasticidade em monocristais. Mecânica da fratura linear elástica (MFLE): trincas e concentradores de tensão, critério de Griffith, tenacidade à fratura e outros parâmetros da MFLE, propagação de trinca acompanhadas de plasticidade limitada. Plasticidade: tensão e deformação reais, parâmetros da curva tensão deformação, noções da teoria matemática da plasticidade, instabilidades plásticas, deformação plástica em estados de tensão triaxiais, critérios de escoamento e de falha, estampabilidade de chapas metálicas, ensaios de estampabilidade, curva-limite de conformação (CLC) e análise de grade de círculos. Noções da Mecânica da Fratura Elasto-plástica (MFEP): Crítica à MFLE, parâmetros da MFEP - deslocamento de abertura de trinca (COD) e deslocamento de abertura de ponta de trinca (CTOD), Integral J, curva R. Mecanismos de deformação plástica e de fratura: Geometria da deformação plástica em monocristais, lei de Schmid, deformação por escorregamento de discordâncias em monocristais, teorias do encruamento, mecanismos de fratura dúctil em metais, fratura taça-cone, bandas de cisalhamento, deformação plástica em materiais amorfos, deformação plástica em materiais cerâmicos e granulares, deformação plástica em materiais poliméricos (microfibrilamento), mecanismos de fratura em polimeros semi-cristalinos, maclação mecânica, fratura fragil em materiais cristalinos (clivagem e fratura intergranular), aspectos morfológicos da fratura frágil em materiais amorfos. Ensaios de impacto e a transição dúctil frágil: ensaios de pêndulo (Charpy e Izod), transição dúctil-frágil, ensaio de queda de peso, temperatura de transição para ductilidade nula (NDT), Análise de Weibull. Viscoelasticidade e Fluência: comportamento viscoso, ensaios de fluência e de relaxação de tensão, viscosidade, viscoelasticidade linear, modelos de Maxwell e de Voigt, modelos mais complexos, fluência em polímeros - curva mestre, módulos complexos, fluência em materiais cristalinos, relações fenomenológicas na fluência de materiais metálicos e cerâmicos, métodos de extrapolação, fluência em estados triaxiais de tensão, relaxação de tensão, mecanismos de fluência em materiais cristalinos, equação de Mukherjee-Bird-Dorn, superplasticidade, mecanismos de fratura em fluência. Fadiga dos materiais: fenomenologia da fadiga, curva S-N e o limite de fadiga, fadiga em alto e baixo ciclo, análise de Coffin-Manson, diagramas de vida constante, aspectos morfológicos e microestruturais da fadiga, nucleação da trinca de fadiga, propagação da trinca de fadiga, fractografia, teorias da acumulação de danos, aplicação da MFLE à fadiga, curva de Paris, efeitos da razão de fadiga (R), desvios do comportamento de Paris, trincas curtas, efeitos de sobrecargas e subcargas, comparação entre modelos de fechamento prematuro de trinca e a teoria de dois parâmetros de Vasudevan e Sadananda, fadiga operacional, fadiga em modo misto, critérios de projeto mecânico orientado à fadiga. Efeitos do ambiente sobre o comportamento mecânico dos materiais: fragilização por hidrogênio e corrosão-sob-tensão (CST) em materiais metálicos, fadiga estática de materiais cerâmicos, degradação de polímeros. Mecânica dos materiais compósitos: definições e nomenclaturas, estimativa de propriedades dos compósitos, modelos de Reuss e de Voigt, plasticidade em compósitos, fratura em compósitos.

Syllabus - PMT2405 - Materials Mechanics.

Revision of solid mechanics: stress and strain tensors, Mohr's circles in two and three dimensions, plane stress and plane strain states. Linear elasticity: elastic moduli, Poisson's coefficient, elasticity in single crystals. Linear Elastic Fracture Mechanics (LEFM): flaws and stress raisers, Griffith's criterion, fracture toughness and other parameters of the LEFM, crack propagation in conditions of low scale plasticity. Plasticity: real stress and real strain, parameters of the stress - strain curve, notions of the mathematical theory of plasticity, plastic instabilities, plasticity in triaxial stress states, flow, yield and failure criteria, formability of metallic sheets, formability tests, the forming limit curve (FLC) and the circle grid analysis. Notions of Elasto-Plastic Fracture Mechanics (EPFM): critics to LEFM, parameters of the EPFM - Crack Opening Displacement (COD) and Crack Tip Opening Displacement (CTOD), J Integral, R curve. Plastic deformation and fracture mechanisms: geometry of dislocation slip, Schmid's law, dislocation slip in single crystals, strain hardening theories, ductile fracture mechanisms in metals and alloys, cup-cone fracture, shear bands, plastic deformation in amorphous materials, shear localization in ceramic and granular materials, plastic deformation in amorphous polymers (crazing), fracture mechanisms in semicrystalline polymers, mechanical twinning, brittle fracture in crystalline materials (cleavage and intergranular fracture), morphological aspects of brittle fracture in amorphous materials. Impact testing and the brittle-to-ductile transition: pendulum tests (Charpy and Izod), brittle-to-ductile transition, drop-weight test, nil-ductility transition temperature (NDT). Viscoelasticity and Creep: viscous flow, creep and stress-relaxation tests, viscosity, linear viscoelasticity, Maxwell and Voigt models, more complex models, polymer creep - master curve, complex moduli. Creep in crystalline materials, phenomenological relations in creep of metallic and ceramic materials, extrapolation methods, creep in triaxial stress states, stress relaxation, creep mechanisms in crystalline materials, the Mukherjee-Bird-Dorn equation, superplasticity, fracture mechanisms under creep.Fatigue of materials: phenomenological relations in fatigue, S-N curve and the fatigue or endurance limit, low-cycle and high-cycle fatigue, Coffin-Manson analysis, constant life diagrams, morphological and microstructural aspects of fatigue, fatigue crack nucleation, fatigue crack propagation, fractography, damage accumulation theories, application of the LEFM to fatigue, Paris curve, fatigue ratio (R) effect, deviations of the standard Paris behaviour, overload and underload effects, short cracks, comparison between crack closure models and the two parameter theory of Vasudevan and Sadananda, operational fatigue, fatigue-oriented engineering project philosophies. Environmenatly assisted cracking: hydrogen embrittlement and stress-corrosion-cracking (SCC) of metallic materials, static fatigue of ceramic materials, polymer degradation. Composite materials mechanics: definitions and nomenclature, prediction of mechanical properties, Reuss and Voigt models, composite plasticity, fracture in composites.

 
Avaliação
     
Método
Três provas (P1, P2, P3), Avaliação da participação do aluno
Critério
Media Final, M >=5.0, obtida por : M =(P1+P2+P3)/3 ( media de três provas escritas)
Norma de Recuperação
O aluno em recuperação será submetido a uma prova de recuperação. A nota final será a media da nota anterior e da nota da prova de recuperação. A media final deverá ser igual ou superior a cinco.
 
Bibliografia
     
1- C. G. Schön, Mecânica dos Materiais, Rio de Janeiro: Elsevier, 2013.
2- R. W. Hertzberg, Deformation and fracture mechanics of engineering materials and structures, 4ª ed. New York: John Wiley and Sons, 1996.
3- F. A. McClintock, A. S. Argon, Mechanical Behavior of Materials, Reading-MA: Addison Wesley Pub. Co., 1966.
 

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