Quando os engenheiros pretendem conhecer a resistência à flexão de um material, efectuam vários ensaios. Entre eles, um importante é o ensaio de flexão. No entanto, este ensaio pode ser efectuado de duas formas principais, o que leva ao seu tipo: Ensaios de flexão de 3 pontos e de 4 pontos. À primeira vista, parecem semelhantes, mas variam em vários aspectos. Este facto dá origem a um debate entre o ensaio de flexão de 3 pontos e o de 4 pontos.
Conhecer as suas principais diferenças é crucial para obter resultados exactos. Ajuda a escolher o ensaio correto para o material correto. Como resultado, são muito raras as hipóteses de erros dispendiosos e de falhas estruturais. Tem dúvidas sobre estes testes? Não se preocupe! Este artigo irá esclarecer as coisas, explorando as principais diferenças entre os ensaios de flexão de 3 pontos e de 4 pontos. Vamos lá começar!
Visão geral do teste de flexão de 3 e 4 pontos
O ensaio de flexão é um método para determinar a resistência à flexão, a rigidez e a ductilidade de um material. Simplesmente, ajuda-o a descobrir o quanto um material pode dobrar antes de quebrar. Também mede a quantidade de material flexível ou rígido e se trava subitamente ou se estica.
A medição de todos estes parâmetros dá-nos a resistência à flexão final de um material. Este ensaio pode ser efectuado colocando a amostra entre dois suportes. Estes suportes ajudam a manter o material no mesmo sítio. Em seguida, é aplicada uma carga a partir do topo, pressionando o material para baixo e partindo-o. Em última análise, os peritos verificam a quantidade de força ou carga que provoca a rutura do material.
É possível efetuar um ensaio de flexão de duas formas. A primeira é um teste de flexão de 3 pontos. Neste teste, a amostra de teste é colocada em dois pontos de apoio. No entanto, uma única unidade de carga pressiona-a a partir de cima, no centro. Esta configuração totaliza três pontos de contacto (dois suportes e uma carga); por isso, é designado por ensaio de flexão de 3 pontos.
À medida que a força de carga pressiona o material da amostra, este começa a dobrar-se. Isto continua até que a carga máxima seja atingida e o material se parta. No final, são medidas a resistência à flexão e o módulo de elasticidade. Por outro lado, no teste de flexão de 4 pontos, a amostra é novamente colocada em dois suportes. Mas desta vez, duas cargas iguais aplicam força à amostra.
Isto perfaz quatro pontos de contacto (duas cargas e dois apoios) no total, razão pela qual é designado por ensaio de flexão de 4 pontos. No entanto, a força neste ensaio é distribuída por uma área mais vasta entre dois pontos de carga. O momento fletor máximo não se concentra num ponto como no caso dos 3 pontos. Devido a uma melhor distribuição da tensão, este tipo de ensaio de flexão é mais fiável.
Teste de flexão de 3 pontos vs. 4 pontos: Principais diferenças
Se não o fizer compreender o ensaio de flexão e os seus tipos e benefícios, não se preocupe! Escrevi um guia pormenorizado sobre os ensaios de flexão. Deveria lê-lo para compreender os conhecimentos básicos. Como já referi, os ensaios de flexão de 3 pontos e de 4 pontos são semelhantes. No entanto, diferem em muitos aspectos. Vamos explorar as diferenças entre os ensaios de flexão de 3 e 4 pontos.
1- Número de pontos de carga
Um ponto de carga é o local exato onde a máquina de ensaio aplica a força. O número de pontos de carga em ambos os tipos de testes de flexão varia. Por exemplo, o teste de flexão de 3 pontos tem apenas um ponto de carga. Isto significa que o material é mantido entre dois suportes. No entanto, apenas uma carga de cima pressiona a amostra num local no centro.
Este facto torna o teste simples e fácil de executar. Por outro lado, no teste de flexão de 4 pontos, existem dois pontos de carga. Isto significa que são aplicadas duas forças iguais em dois pontos diferentes da amostra de material. A pressão espalha-se por uma grande área entre os dois pontos de carga. Por isso, há muito poucas hipóteses de rutura prematura. Assim, este método fornece resultados mais exactos.
2- Distribuição de tensões
A distribuição de tensões refere-se a como e onde a força se espalha através do material durante o ensaio. Este é um importante fator de diferenciação entre os ensaios de flexão de 3 e 4 pontos. COMO? No teste de flexão de 3 pontos, existe um ponto de carga. Isto significa que a tensão está concentrada num único ponto. Como resultado, este ponto torna-se mais tenso e enfraquece.
Este ponto único sofre tensão, mas o resto do material não. Por outro lado, no ensaio de flexão de 4 pontos, existem dois pontos de carga. Assim, a força é distribuída uniformemente entre esses dois pontos de carga. Como resultado, todo o ponto central sofre a mesma tensão e o material é testado de forma mais justa.
3- Zona do momento fletor máximo
O momento fletor refere-se à quantidade de força de flexão que ocorre em diferentes partes do material. No entanto, o momento fletor máximo é o ponto onde o material experimenta a força mais elevada. Tanto os testes de flexão de 3 pontos como os de 4 pontos têm áreas diferentes para este momento de flexão máximo. Num ensaio de flexão de 3 pontos, o Máquina de ensaio de flexão de 3 pontos aplica força num ponto.
Significa que o momento fletor máximo ocorre num único ponto ou área. Por outras palavras, existe apenas uma área de momento fletor máximo. No entanto, no ensaio de flexão de 4 pontos, o momento fletor máximo é distribuído por uma grande área. Duas cargas aplicam forças em dois pontos diferentes. Como resultado, a parte mais longa do material sofre a força de flexão mais elevada.
4- Sensibilidade a defeitos de material
Um dos aspectos mais importantes num ensaio de flexão é saber se o material tem defeitos. Estes defeitos podem fazer com que um material se parta mais facilmente. Assim, a eficácia com que um teste detecta esses defeitos depende da forma como a força é aplicada. Por exemplo, no teste de flexão de 3 pontos, existe apenas um ponto de carga no centro. A força é aplicada nesse único ponto, que enfrenta uma tensão intensa.
Toda a pressão ou força é concentrada numa área minúscula. Como resultado, é mais provável que esse ponto provoque a falha do material durante o ensaio. Isto significa que o ensaio de flexão de 3 pontos é mais sensível aos defeitos superficiais ou internos apenas no centro. Por conseguinte, este método é mais eficaz na deteção de defeitos, especialmente em áreas pequenas.
Por outro lado, num ensaio de flexão de 4 pontos, existem dois pontos de carga. Como resultado, a tensão é distribuída numa grande área. Isto torna-o menos sensível a pequenos defeitos. Não é possível detetar pequenas fissuras ou defeitos utilizando uma máquina de ensaio de flexão de 4 pontos. Este método é bom quando se pretende saber qual o desempenho global de um material.
5- Exatidão dos resultados
A exatidão dos resultados significa que os resultados do teste são corretos e fiáveis. Por outras palavras, ajuda-o a decidir se pode confiar nos números que obtém. Ambos os métodos de teste de flexão oferecem diferentes níveis de precisão em termos de resultados. Por exemplo, num teste de flexão de 3 pontos, a força é aplicada apenas num único ponto. Devido à concentração numa área pequena, pequenas coisas podem facilmente afetar o teste.
Pequenas fissuras, desalinhamento e danos na superfície são exemplos. Estes pequenos problemas afectam muito o resultado, mesmo que o material seja globalmente durável. Por outro lado, num ensaio de flexão de 4 pontos, a força é aplicada em dois pontos. Isto torna o teste menos sensível a pequenas fissuras e erros de configuração. Isto permite-lhe obter uma imagem mais realista da durabilidade do material.
6- Complexidade do equipamento e da instalação
Este ponto refere-se ao grau de dificuldade ou facilidade de instalação do equipamento de ensaio. Alguns ensaios são simples e rápidos, enquanto outros são difíceis de gerir. Por exemplo, o teste de flexão de 3 pontos utiliza dois suportes e um ponto de carga. Isto significa que apenas é aplicada uma força, o que facilita a gestão e o alinhamento de tudo. Além disso, a máquina utilizada neste processo tem menos peças.
Com conhecimentos básicos, é possível efetuar este teste de forma fácil e rápida. Por outro lado, o teste de flexão de 4 pontos utiliza dois pontos de apoio e dois pontos de carga. Os Máquina de ensaio de flexão de 4 pontos tem peças complexas que requerem mais competências. Alinhar tudo e manusear peças extra torna-se difícil nesta configuração. Por conseguinte, requer mais atenção e cuidado durante a execução.
7- Requisito de comprimento da amostra
Esta diferença diz respeito ao comprimento de uma amostra de ensaio necessário para efetuar um ensaio com precisão. Ambos tipos de ensaios de flexão requerem comprimentos diferentes para a amostra. Por exemplo, num teste de flexão de 3 pontos, a máquina aplica força num único ponto no centro. Portanto, não há necessidade de uma amostra longa.
Esta curta duração da amostra torna este processo mais simples de gerir. Por outro lado, o teste de 4 pontos utiliza dois pontos de carga. A força é aplicada em dois pontos diferentes. Por conseguinte, o comprimento da amostra deve ser suficiente para caber. Se a amostra for curta, os braços de carga não caberão e o resultado do teste não será exato. Em palavras simples, este método utiliza material de amostra longo.
8- Realismo na simulação de cargas do mundo real
Refere-se à forma como cada teste de flexão representa o que acontece no mundo real com o material. Por outras palavras, pode ver qual o teste que dá resultados mais próximos do que um material enfrenta no mundo real. Se analisarmos o ensaio de flexão de 3 pontos, este aplica força num ponto central. O material enfrenta a tensão máxima apenas numa pequena área.
No entanto, em situações do mundo real, as cargas são normalmente dispersas. Afectam não apenas uma pequena área central, mas também toda a superfície do material. Assim, o teste de flexão de 3 pontos é menos realista. Por outro lado, uma máquina de dobragem de 4 pontos aplica força em dois pontos. A tensão é distribuída exatamente como acontece no mundo real. Assim, este método é mais realista e simula as condições do mundo real.
9- Tipos de materiais adequados
Nem todos os materiais se comportam da mesma forma nos ensaios de flexão. Assim, é crucial compreender qual o material adequado para cada ensaio de flexão. Vamos simplificar esta distinção. No ensaio de flexão de 3 pontos, a força é aplicada num ponto. Isto provoca uma concentração de tensão intensa no centro. Isto torna-o melhor para materiais frágeis, como o vidro e o plástico duro. PORQUÊ?
Uma vez que o material frágil se parte mais rapidamente no ponto fraco, é exatamente nisso que o teste de flexão de 3 pontos se concentra. No lado oposto, um teste de flexão de 4 pontos distribui a força entre dois pontos. Isto é válido para o material dúctil que não se quebra subitamente. Isto ajuda-o a observar de perto o comportamento do material numa longa zona de flexão.
10- Eficiência em termos de custos e tempo
A eficiência em termos de custos e de tempo é muito importante na escolha entre estes dois métodos. Os engenheiros preferem testes que sejam não só eficientes, mas também económicos. Neste sentido, ambos os ensaios de flexão diferem. Por exemplo, um ensaio de flexão de 3 pontos requer uma configuração simples da maquinaria. Requer menos peças que são mais fáceis de manusear e montar. Além disso, os seus resultados rápidos também poupam tempo e dinheiro.
Em geral, este processo é mais económico. Por outro lado, os ensaios de flexão de 4 pontos requerem uma configuração de maquinagem complexa. O manuseamento desta configuração demora mais tempo. Além disso, essas máquinas também têm preços elevados. É necessário pessoal qualificado para operar essa configuração complexa, aumentando os custos de mão de obra. Assim, de um modo geral, o ensaio de flexão em 4 pontos é um método moroso e dispendioso.
perguntas frequentes
Podem ser utilizados ensaios de flexão de 3 pontos e de 4 pontos para o mesmo material?
Sim, é possível utilizar ambos os ensaios de flexão para o mesmo material. No entanto, a escolha depende do objetivo do ensaio. Se pretender detetar pequenos defeitos e também pretender precisão, podem ser utilizados os ensaios de ligação de 3 e 4 pontos para o mesmo material.
Os testes de 3 e 4 pontos medem as mesmas propriedades?
Sim, tanto os ensaios de flexão de 3 pontos como os de 4 pontos medem as mesmas propriedades. Por exemplo, medem a resistência à flexão, a rigidez e a deflexão. No entanto, o nível de exatidão e sensibilidade difere em ambos os tipos.
Que indústrias utilizam ensaios de flexão de 3 e 4 pontos?
Tanto os ensaios de flexão de 3 pontos como os de 4 pontos são amplamente utilizados em vários sectores. Entre estes, os sectores mais comuns incluem:
- Indústria automóvel
- Indústria aeroespacial
- Indústria eléctrica
- Marinha e construção naval
- Fabrico de ferramentas e equipamentos
Conclusão
Os ensaios de flexão são úteis para compreender a verdadeira resistência à flexão de um material. Entre estes, os ensaios de flexão de 3 e 4 pontos são os mais valiosos. À primeira vista, parecem iguais, mas há vários factores que diferenciam estes ensaios. Neste artigo, abordarei alguns desses factores. Por exemplo, os ensaios de flexão de 3 pontos utilizam um ponto de carga.
Aplica força no centro, tornando-o sensível a defeitos de material. Este processo é também económico e simples. No entanto, o teste de flexão de 4 pontos utiliza máquinas avançadas e complexas. Aplica força em dois pontos diferentes. Este processo é dispendioso devido à configuração complexa da maquinaria. No entanto, recomendo a escolha deste método para obter resultados mais exactos, precisos e realistas.