O documento discute a seleção de materiais para engenharia mecânica, cobrindo as principais classes de materiais e a interação entre função, material, forma e processamento. É destacado que a redução de massa de componentes como tirantes pode ser alcançada escolhendo materiais com maior relação entre limite elástico e densidade. Softwares como o CES EduPack auxiliam na análise e seleção entre as mais de 2700 opções de materiais disponíveis.

1. Seleção de materiais
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Aula 10 – Seleção de Materiais – parte 1
Bibliografia complementar:
•ASHBY, M. F. Materials selection in mechanical design
Butterworth Heinemann 1997, 1. ed, p. 1-4, 56-102.
•Software CAMBRIDGE ENGINEERING SELECTOR – CES
(www.grantadesign.com, site dos criadores do CES, software de
seleção de materiais baseado na metodologia de Ashby).
•www.matweb.com, base de dados na internet sobre propriedades
de materiais

2. Problema central da
seleção de materiais na
engenharia mecânica:
interação entre função,
material, forma e
processamento
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3. Materiais de engenharia
METAIS
POLÍMEROS
COMPÓSITOS
CERÂMICAS
VIDROS
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ELASTÔMEROS
6 classes principais,
considerando
APLICAÇÃO

4. madeira
peles
fibras
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pedra
louça
vidro
tijolos
papel
ouro
cobre
bronze
ferro
colas
cimento
refratários
ferros
fundidos
borracha
AÇO
cimento
portland
Epóxis
polímeros de
“alta” temperatura
metálica
PRFC
PRFK
matriz
matriz cerâmica
pirocerâmicas
PRFV cerâmicas “tenazes”
aços
ligados
baquelite
PE
nylon
PMMA
PC PS
sílica fundida
ligas
leves
superligas
base Ni, Co
ligas
refratárias
aços ARBL
vidros metálicos
aços inoxidáveis dúplex
ligas Al-Li
processamento otimizado
A evolução dos materiais de engenharia (Ashby, 1986)

5. Henry Ford, 1893 1947
Solução de transporte?
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6. Michael Ashby, Hugh Shercliff and David Cebon. Materials Engineering, Science, Processing and Design. Butterworth-Heinemann, 2007, p. 494
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7. http://www.ulsab.org/ulsab/image_library/pages/bodyfrontiso.html
http://www.canadiandriver.com/articles/jk/images/04jagxjbody.jpg
http://www.dana.com.br/Automotivo/SolucoesEstruturais/Spaceframe.asp
Um grande desafio é a
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REDUÇÃO DE
MASSA

8. 5%
20%
uma outra indústria preocupada com redução de massa...
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http://www.boeing.com/

9. F
F
L
A massa do tirante depende:
Da densidade do material, [ ]=g/cm³
Do volume do tirante, V=L.Ao
M=L.Ao. (Eq. 1)
Ao depende:
Da resistência mecânica do material (Limite Elástico)
Da força aplicada, F
LE
LE A
A
F F
S o
o
m
áx (Eq. 2)
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Um TIRANTE é um dos mais simples componentes mecânicos...

10. F
F
L
Substituindo a Eq. 2 na Eq. 1... M L.F.
LE
(Eq. 3)
Sendo L e F definidos no projeto, a massa do
tirante será tanto menor quanto maior for a
relação
LE
(Eq. 4)
M. F. ASHBY, Overview no. 80 – On the Engineering Properties of
Materials, Acta Metall., v. 37, n. 5, 1989, p. 1273-1293
M. F. ASHBY, Materials selection in mechanical design, Butterworth Heinemann, 2005, 3. ed
projeto
material
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11. LE
cte
dens
índice de desempenho
Criado com o software CES EduPack
Sob a mesma reta-guia,
tirantes tem a mesma
massa, para suportar a
mesma carga!
Aço, 600 MPa
Liga de Al, ~200 MPa
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12. LE
cte
dens
índice de desempenho
Criado com o software CES EduPack
Redução
de volume
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13. cte
dens
LE
Criado com o software CES EduPack
Material de
referência
Redução de massa,
aumento de volume
R
R
e
e
d
d
u
u
ç
ç
ã
ã
o
od
d
e
em
m
a
a
s
s
s
s
a
a
e
e
v
v
o
o
l
l
u
u
m
m
e
e
índice de desempenho
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14. LE
cte índice de desempenho
dens
Criado com o software CES EduPack
Aço, 600 MPa
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Aço, 240 MPa
As opções de material para
redução de massa são
inúmeras!

15. 2727 materiais, numa base
de dados “educacional”!
Criado com o software CES EduPack
cte
LE
dens
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