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MATERIAIS EM ENGENHARIA 2º Exame Ano letivo 2016/2017 – 31 de Janeiro de 2017 - 8:00 horas - NÃO É PERMITIDA A UTILIZAÇÃO DE TELEMÓVEIS.

- O TESTE/EXAME É SEM CONSULTA. Só são permitidas máquinas de calcular

científicas. - Numere e identifique todas as folhas utilizadas (folhas não numeradas e/ou não

identificadas ou ilegíveis não serão consideradas). - Resolva as questões nas folhas que lhe foram distribuídas. 2º Exame - das 8:00 às 11:00 Cotações

1a 0.75 1b 0.5 1c 0.25 1d 0.75 1e 0.5 1f 1 2a 1.5 2b 0.75 2c 0.75 3a 0.75 3b 0.5 4a 0.5 4b 0.75 5a 1 5b 0.5 5c 1 5d 0.75 6a 1.5 6b 0.25 6c 1 6d 1 6e 0.25 7 2.5 8a 0.5 8b 0.5 soma 20

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Formulário:

퐻퐵 = ( ( ) )

퐻푉 = .

∆휎 푁 = ∆휎 푁 ∆휎 = ∆

퐾 = 푌휎∗√휋푐

푟 =

퐾 = 퐸퐺

= 푊퐴푛 = 푘푎 퐹푛퐴푛

훆풔풔̇ = 훆ퟎ̇ 휎휎0

푛exp − 푄푐

푅푇

훆풔풔̇ × 푡 = 퐶

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MATERIAIS EM ENGENHARIA – 2º Exame (31.Janeiro.2017)

Número: __________Nome: _________________________________________________________

1) O módulo de Young, a tensão de cedência e a tensão máxima de um certo latão são, respectivamente, 98,5 GPa, 250 MPa e 450 MPa. Considere um provete cilíndrico desse latão cujo diâmetro e comprimento iniciais eram 10 mm e 250 mm, respectivamente, que foi traccionado. Ao atingir-se a carga de 31400 N, o alongamento do provete era 50 mm. Calcule:

a) a resiliência do latão; b) a carga máxima que se aplicou ao provete, de modo a não ocorrer deformação plástica;

c) o comprimento do provete no instante em que se iniciou a deformação plástica; d) o coeficiente de Poisson do latão sabendo que no instante referido na alínea c), o diâmetro do provete era 9,991 mm; e) a carga aplicada ao provete no instante em que apareceu a estricção;

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f) o comprimento do provete ao atingir-se a carga zero, se ao atingir-se a carga de 31400 N o provete fosse descarregado.

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Número: __________Nome: _________________________________________________________

2) a) Considere as seguintes micrografias que se referem a indentações realizadas num ensaio Brinell e num ensaio Vickers. No caso do ensaio Brinell determine o diâmetro da indentação e no caso do ensaio Vickers determine a carga.

(d1=0.46585 mm; d2=0.45608 mm) b) Explique sucintamente como poderia efectuar um ensaio Vickers.

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c) Descreva um ensaio que poderia usar para determinar a temperatura de transição dúctil-frágil de um material metálico.

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Número: __________Nome: _________________________________________________________

3) a) Considere que um componente está sujeito a um número de ciclos até à fratura de 108 quando submetido a um carregamento cíclico por aplicação de uma tensão sinusoidal de amplitude 휎 =100 MPa (stress range ou gama de tensão ∆휎 = 200 MPa) com tensão média de 5 MPa, sendo a tensão de rotura ou tensão máxima de 250 MPa. Admitindo que b=0.1 qual a gama de tensão ∆휎 correspondente no caso de Nf =107?

b) Admitindo que a tensão média é zero, qual o número de ciclos que a peça suporta se a amplitude de tensão passar para 120 MPa (stress range ou gama de tensão ∆σ= 240 MPa)?

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Número: __________Nome: _________________________________________________________

4) Considere o gráfico da tenacidade à fratura em função do módulo de Young apresentado na figura.

a) Indique o valor médio (aproximado) de Gc do PTFE. b) Calcule o tamanho máximo de um entalhe à superfície de uma amostra de PTFE, considerando Y=1 e uma tensão necessária para causar fratura de 10 MPa.

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Número: __________Nome: _________________________________________________________

5) a) Classifique os processos indicados como A, B, C, D e E usando as designações: processo de forma (shaping) primário, de forma secundário, de ligação e de acabamento/superfície.

A. Maquinagem B. Enrolamento filamentar (filament winding) C. Utilização de adesivos D. Pintura

b) Um processo de acabamento está associado a constrangimentos de toleranciamento dimensional. Se quiser ter uma gama de tolerâncias estreita/baixa, o custo do processo é baixo ou elevado? Justifique. c) Descreva sucintamente o processo de blow molding. Pode usar este método no processamento de cerâmicos? A que classes de materiais poderia aplicar este processo? d) Dê um exemplo de uma liga leve que conheça. Indique três propriedades características desse material.

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Número: __________Nome: _________________________________________________________

6) Sabendo que o índice que permite seleccionar um material, com o menor peso, para um provete submetido à tracção com secção quadrada de área A, e comprimento L fixo, é 푀 = :

a) Deduza a expressão que lhe permita obter este índice M. b) Com este procedimento, que tipo de projecto se está a efectuar? c) Preencha a seguinte tabela para o caso em questão.

Função Constrangimentos Objectivo Variáveis livres

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d) Seleccione o material mais adequado através do mapa de Ashby abaixo apresentado, indicando claramente a

recta que utilizou (atenção aos valores dos eixos).

e) Que alteração faria no(s) eixo(s) do mapa de Ashby se estivesse interessado em minimizar o custo?

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Número: __________Nome: _________________________________________________________

7) Pretende-se seleccionar um processo de fabrico para um componente de alumínio. Considere os seguintes processos de fabrico com as respectivas características:

Rugosidade [µm]

Tolerância [mm]

Custo da ferramenta

[€]

Taxa de produção (unidades)

[/hr] Laminagem 3,2 0,1 2460 10 Fundição 20 0,8 123 1 Extrusão 0,8 0,5 614 70 Forjamento 3,2 0,2 3680 100

Aplicando o método dos índices ponderados, determine uma classificação de desempenho dos processos indicados, considerando as seguintes prioridades: 1ª prioridade – Tolerância 2ª prioridade – Taxa de produção 3ª e 4ª prioridade – Custo da ferramenta e Rugosidade

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Número: __________Nome: _________________________________________________________

8) A energia total consumida por um produto tem 4 contribuições: materiais (materials), processamento (manufacture), utilização (use) e reciclagem ou colocação em aterro (disposal).

a) Considere os dois gráficos A e B. Qual destes gráficos corresponde a um edifício e qual corresponde a um avião comercial? Justifique.

A B

b)Discuta a seguinte afirmação, dizendo se é verdadeira ou falsa e explicando porquê: “A reciclagem de polímeros tem uma contribuição mais elevada que a reciclagem de metais no universo dos materiais reciclados que são consumidos”.