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ANÁLISE DE TENSÕES E DEFORMAÇÕESEXTENSOMETRIA ELÉTRICA-STRAIN GAGES
SILVIO TADO ZANETIC
Fonte amplificadora
“Extensometria é a técnica de medição de deformações na superfície dos corpos.”
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EXTENSOMETRIA-VIA STRAIN GAUGES
ANÁLISE DE TENSÕES• tensão por carregamento• Tensão residual• monitoramento
CÉLULAS DE CARGA• peso-massa• Força• Torque• Pressão• esforços
Avaliação da integridade estrutural sob o ponto de vista de tensões, em peças solicitadas estática e dinamicamente.
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Strain Gage (ou Gauge)=Extensômetro: Sensores utilizados para medições de força temimportantes aplicações em ciências, engenharia e tecnologias, tais como em ensaios deresistência dos materiais ; análise de tensões em estruturas .
APLICAÇÕES
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Resumo-Histórico
• 1856-William Thomson (Lord kelvin), verificou que condutores de cobre e ferro sujeitosà solicitação mecânica de tração, a resistência elétrica que percorria esses condutores
R=f(,L,A) ou R=𝜌𝐿
𝐴
• Entre 1930 a 1940 Roy Carlson realmente aplicou o princípio na construção deextensômetro de fio, como são utilizados hoje;
• Em 1937-39, Edward Simmons e Arthur Ruge, trabalhando independentementeutilizaram pela primeira vez fios metálicos colados à superfície de um corpo de provapara medida de deformações.
• Em 1952-Saunders-Roe [lamina]• Em 1960- Masen-semi-conductor• Em 1990-Soldáveis
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Resultados do experimento de Lord Kelvin:• Resistência Elétrica do cobre e ferro
quando submetido à tensões, segundo a equação
𝑹 = 𝝆𝑳
𝑨
• 1- Resistência do fio varia em função da deformação;• 2-Materiais diferentes tem sensibilidades diferentes;• 3-A ponte de Wheatstone pode ser usada para medir
essas variações.
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Análise experimental de estruturas via strain gages permite:• Validar os cálculos através de modelos analíticos
• Prever melhorias no projeto de novas e antigas estruturas• Avaliar a ação de esforços não previstos.
Etapas clássicas de um projetoa) Modelagem-Idealização (CAD): definição da geometria, cargas, vinculações,
materiais, etc;b) Análise do modelo (CAE): cálculo das tensões, deformações, deslocamento ,
dimensionamento, critérios de resistência, rigidez, estabilidade, segurança, etc.;
c) Construção-projeto definitivo (CAM): detalhamento, fabricação, montagem, funcionamento, manutenção, etc.;
d) Testes (CAT): monitoração, análise experimental.
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Principais campos de aplicação• Ensino• Pesquisa• Indústria
O que medir?• Unidirecional
• Estado bi-dimensional de Tensões• Medições são feitas na superfície
• Dificuldades• A deformação não é medida no
ponto mas ao longo de um comprimento;
Deformação: 𝝐 =𝜹𝑳
𝑳
Tensão x deformação
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Efeito do Coeficiente de Poisson(Relação entre a deformação transversal e a longitudinal)
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BASE: (polímeros) poliamida,epóxi, fibra de vidro, poliéster, papel,etc;FIO (elemento resistivo) Constantan,Advance,Nicromo V, Karma, Isoelástic, etc;SEMICONDUTORES (sensores piezoresistivos-mudança de resistência e piezoelétricos-geram tensões): silício, germânio.
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FUNDAMENTOS DOS SG
∆𝑹 =𝝏𝑹
𝝏𝒍∆𝒍 +
𝝏𝑹
𝝏𝑨∆𝑨 + (
𝝏𝑹
𝝏𝝆)∆𝝆
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∆𝑅
𝑅= 𝑘𝑒𝐿
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CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS
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Valores Típicos de Especificação
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A escolha correta• Dimensão do extensômetro
• Geometria da grade• Tipo de extensômetro
(Consideração mais importante)
Ex. de erro por ter sido escolhido um SG dedimensão maior do que o da regiãoconcentração de tensão.
Para pontos de medição muito pequenos
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• Os catálogos dos fabricantes (MM;Kyowa; HBM) são bem detalhados, possuem toda informação para a escolha correta.
Sistema de codificação de extensômetro utilizado pela MM-Measurements Group. Inc.
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HBMHottinger Baldwin
Messtechnik.
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De acordo com o estado de tensões
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CIRCUITO TIPO PW PARA MEDIDA DE DEFORMAÇÕES
• As ligações em PW são feitas substituindo seus braços pelos S.G’s, chamados ativos:• Conforme o número de braços teremos ligações ou montagens em ¼ de ponte, ½
ponte e ponte completa.
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EXEMPLOS
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TORÇÃOEIXO-ÁRVORE
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INSTALAÇÃO DOS SG
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METAIS
NÃO METAIS
• CONCRETO• VIDRO• PLÁSTICO• MADEIRA• BORRACHA
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