Influência da pressão de compactação na tenacidade à fratura do politetrafluoretileno (Teflon)



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APLICAÇÃO DA TÉCNICA DE CORRELAÇÃO DE IMAGENS DIGITAIS AO MÉTODO DA CUNHA DE ENERGIA DE FRATURA EM CONCRETOS REFRATÁRIOS

D.B.D. Stafuzza(1); J.A. Rodrigues(1); D.Y. Miyaji(1); R.B. Canto(1,*)


(1) Departamento de Engenharia de Materiais - DEMa/UFSCar,

Rod. Washington Luiz, km 235, CEP:13565-905, São Carlos-SP, Brasil (*) rbcanto@ufscar.br



RESUMO
O método da cunha tem sido empregado para caracterização da energia de fratura de materiais refratários por possibilitar ensaios com elevada estabilidade de propagação de trinca em corpos de prova (CDPs) de grande volume. Isto implica em melhor representatividade da microestrutura do material, o que torna o valor da energia de fratura mais confiável. A medição da abertura da região de carregamento é de extrema importância e esta pode ser influenciada pelas eventuais folgas e posicionamento do sistema de acoplamento dos extensômetros. Este trabalho utiliza-se da técnica de correlação de imagens digitais (CID) para medição da abertura de trinca e avalia as vantagens e desvantagens da utilização desta técnica comparada à convencional. A técnica de CID se mostrou viável e possibilitou observar fenômenos imperceptíveis pelo método convencional, contribuindo para uma melhor compreensão da cinemática do ensaio.
Palavras-chave: correlação de imagens digitais, método da cunha, refratários.
INTRODUÇÃO
Os refratários são materiais de revestimento para inúmeras indústrias de base por serem capazes de suportar elevadas temperaturas sem perder consideravelmente suas propriedades físico-químicas. As aplicações desses materiais em elevadas temperaturas podem implicar em problemas de choque térmico, ou seja, de iniciação e propagação de trincas devido a elevados gradientes de temperatura. Desse modo, o estudo da energia de fratura – energia consumida durante a propagação de uma trinca – pode proporcionar benefícios tecnológicos e econômicos, já que isto auxilia na seleção e prevenção de falhas nos materiais. Neste contexto, a caracterização da energia de fratura pelo método da cunha torna-se adequada para materiais refratários, pois possibilita o estudo em corpos de prova (CDPs) com grande área de propagação, o que permite a melhor representatividade da microestrutura do material relativamente ao método da barra prismática entalhada e flexionada em três pontos comumente utilizado no passado.

Patenteado em 1986 como ‘’wedge splitting test’’(1), o método emprega uma cunha que transmite carga para dois roletes laterais e estes para os encostos que produzem as forças horizontais na região de abertura da amostra. A Fig.1a apresenta a geometria da amostra e suas dimensões típicas(2,3).


Figura 1. (a) Geometria do CDP e dimensões (em mm)(3); (b) corte A-A da seção transversal(4) e (c) esquematização da decomposição da carga aplicada.


A energia de fratura pode ser calculada por meio do trabalho necessário para a geração de duas superfícies, que são as de fratura, dividida pela área projetada dessas superfícies(5,6,7), conforme é mostrado na equação a seguir:

(B)

em que A é a área projetada da superfície de fratura,  é a carga aplicada pela máquina de ensaios e é o incremento de deslocamento do atuador da máquina. O valor da integral  é o trabalho de fratura, sendo determinado pela área sob a correspondente curva carga vs. deslocamento.

Com base na Eq.(A) e observando o equilíbrio de forças na Fig.1c, pode-se calcular a energia de fratura de duas maneiras distintas, as quais se denominam de análise vertical e análise horizontal. Na primeira, F= P/ 2 que corresponde à componente vertical da força de contato FC atuante em cada encosto metálico, enquanto que  corresponde ao deslocamento vertical do atuador e será medido pelo medidor de deslocamentos (LVDT) da máquina de ensaios e pela técnica de CID. Na análise horizontal,  corresponde à abertura da região de carregamento, medida por meio de extensômetros e/ou pela técnica de CID, e a componente horizontal da força de contato atuante nos apoios metálicos, FC, é dada por:



em que é o ângulo da cunha e é o ângulo dos encostos. Neste estudo,  e , e a equação assume a forma reduzida apresentada.

Quanto à técnica de CID, é possível representar uma imagem digital por sua matriz de intensidade de luz, sendo cada pixel descrito por um valor numérico proporcional ao seu grau de luminosidade. Simplificando o conceito, corresponde a cor que um determinado pixel representa. Assim, o programa CORRELI-Q4 determina o campo de deslocamentos a partir dos deslocamentos dos pixels de uma imagem em relação à outra de referência.



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