Ficha 01 · Tensões, materiais, factor de segurança

Parte I · Cálculos básicos

Exercício 1 · Tracção (10 pts)

Um cabo de aço S275 (σy = 275 MPa) com Ø 10 mm suporta uma carga de 6 000 N.

a) Calcula a tensão actuante. b) Calcula a tensão admissível usando FS = 2,5. c) Está dentro do limite?

Exercício 2 · Flexão (10 pts)

Uma viga UPN 100 (módulo de flexão W = 41,2 cm³) está submetida a um momento flector máximo de 3 kN·m.

a) Calcula a tensão máxima na viga. b) É adequada para aço S235 com FS = 2?

Exercício 3 · Torção (15 pts)

Um veio cilíndrico maciço em C45 (τadm = 60 MPa) transmite 80 N·m.

a) Calcula o módulo de torção Wt necessário. b) Calcula o diâmetro mínimo (D = ∛(16·T/(π·τadm))). c) Escolhe um Ø comercial padrão acima desse valor (Ø 16, 18, 20, 22, 25, 28, 30).

Parte II · Materiais

Exercício 4 · Material certo (15 pts)

Para cada componente, escolhe o material adequado e justifica:

a) Veio principal de uma máquina industrial (carga dinâmica, ambiente seco). b) Parafuso estrutural M16 numa torre metálica. c) Engrenagem de transmissão sujeita a impactos. d) Estrutura para zona alimentar de uma cozinha. e) Mola de compressão num amortecedor.

Parte III · Factor de segurança

Exercício 5 · FS apropriado (10 pts)

Para cada aplicação, indica o FS razoável e justifica:

a) Estrutura de cobertura industrial em S275 (cargas estáticas + vento). b) Cabo de elevador que transporta pessoas. c) Suporte interior de prateleira leve numa casa. d) Componente aeroespacial com inspecção rigorosa cada 100h voo. e) Eixo de uma máquina cíclica (10 ciclos por segundo, 8h/dia).

Parte IV · Fadiga

Exercício 6 · Fadiga (10 pts)

a) O que é fadiga e como difere de rotura estática?

b) Para um aço S355 com σr = 470 MPa, qual a estimativa do limite de fadiga σe?

c) Lista 3 práticas para aumentar a vida à fadiga de uma peça.

Exercício 7 · Concentração de tensões (10 pts)

Numa chapa em tracção com um furo central, a tensão na borda do furo é cerca de 3× a tensão nominal. Que implicações tem para projecto?

Parte V · Elementos comuns

Exercício 8 · Parafusos (15 pts)

Vais dimensionar parafusos para fixar um suporte que tem de aguentar 8 kN axiais. Tens disponível classe 8.8. Que tamanho?

a) Calcula a área de núcleo mínima necessária (FS = 3).

b) Da tabela (M5 = 14,2; M6 = 20,1; M8 = 36,6; M10 = 58; M12 = 84,3 mm²), escolhe o tamanho mínimo.

c) Quantos parafusos M8 8.8 seriam necessários se quiseres distribuir esta carga?

Exercício 9 · Rolamento (5 pts)

Um rolamento 6004 tem carga dinâmica C = 9,4 kN. Vai trabalhar com carga radial 2 kN a 1 200 rpm. Calcula a vida L₁₀ em horas.