Curva de cinco pontos

O ensaio de flexão de cinco pontos é um método especializado para avaliar o desempenho mecânico de painéis estruturais, particularmente a sua resistência a forças de cisalhamento planas. Este método avalia as propriedades de cisalhamento por rolamento de um painel, que são críticas para compreender o seu desempenho sob cargas reais.

Na configuração de cinco pontos, a amostra de teste é suportada em três pontos a partir de baixo, com dois pontos de carga aplicados a partir de cima. Esta configuração cria uma zona de tensão de cisalhamento definida no núcleo do painel, permitindo aos engenheiros medir o comportamento dos materiais quando sujeitos a flexão e cisalhamento em simultâneo.

O método é amplamente utilizado em indústrias onde os painéis sanduíche, os compósitos laminados e as estruturas ligadas são comuns, incluindo a indústria aeroespacial, a construção, o fabrico automóvel e a engenharia marítima. Ao compreender o desempenho de um material sob estas condições de carga, os engenheiros podem conceber produtos com factores de segurança e durabilidade adequados.

A norma ASTM D2718 estabelece os procedimentos para a realização de ensaios de cisalhamento plano em painéis estruturais utilizando o método de flexão de cinco pontos. Fornece orientações sobre as dimensões dos provetes, as taxas de carga, as configurações dos vãos de suporte e a forma de interpretar os dados para obter precisão e repetibilidade.

As principais áreas abrangidas incluem:

• Preparação do espécime - Espessura do painel, precisão de corte e requisitos de condicionamento de humidade.
• Configuração do teste - Espaçamento dos suportes, posição dos pontos de carga e alinhamento da fixação.
• Aplicação de carga - Velocidade de carregamento, pré-carregamento e requisitos de captura contínua de dados.
• Comunicação de dados - Cálculo da tensão de cisalhamento e do módulo, e apresentação das propriedades de cisalhamento do rolamento num formato consistente.

A conformidade com a norma ASTM D2718 garante que os resultados são consistentes, comparáveis e adequados tanto para fins de engenharia como de regulamentação. É amplamente reconhecida para a avaliação comparativa do desempenho de cisalhamento plano em produtos de madeira, laminados compostos e painéis sanduíche.

Preparação dos provetes

• Cortar os provetes de acordo com as dimensões normalizadas especificadas na norma ASTM D2718.
• Assegurar que as superfícies são lisas e isentas de defeitos que possam afetar os resultados.
• Acondicionar os espécimes num ambiente controlado para estabilizar a temperatura e o teor de humidade.

Configuração do dispositivo

• Dispor três suportes inferiores com o mesmo espaçamento.
• Posicionar dois pontos de carga superiores a meio caminho entre os suportes inferiores.
• Verificar o alinhamento para garantir que a carga é distribuída uniformemente pela largura do provete.

Execução do ensaio

• Montar o provete sem induzir tensão prévia.
• Aplicar a carga à taxa especificada nos dois pontos superiores.
• Registar a força e a deflexão continuamente até à falha ou até ser atingido o limite de carga requerido.

Registo e análise de dados

Utilize equipamento de medição de força de alta precisão para obter leituras exactas.

Calcule a resistência ao cisalhamento e o módulo de cisalhamento utilizando as fórmulas da norma ASTM D2718.

As cargas de ensaio típicas variam entre algumas centenas de newtons para laminados compósitos finos e vários quilonewtons para painéis estruturais mais espessos. Os comprimentos dos vãos e os diâmetros dos rolos são selecionados de acordo com a espessura e a rigidez da amostra.

O ensaio de flexão de cinco pontos é uma ferramenta essencial para o controlo de qualidade e o desenvolvimento de produtos em vários sectores:

• Construção - Testar o desempenho de cisalhamento plano de painéis isolados estruturais (SIPs), contraplacado e painéis de partículas orientadas (OSB).
• Aeroespacial - Medição das propriedades de cisalhamento do núcleo em painéis sanduíche alveolares para estruturas de fuselagem e asas.
• Automóvel - Avaliação de painéis compósitos colados em conjuntos de chassis e componentes interiores.
• Marinha - Garantir que os painéis de polímeros reforçados com fibras mantêm a integridade estrutural sob carga de cisalhamento.

Ao verificar a resistência ao cisalhamento antes da utilização, os fabricantes reduzem o risco de falhas em serviço e podem otimizar a seleção de materiais, tanto em termos de desempenho como de custos.

Enquanto o ensaio de flexão de cinco pontos foi concebido para avaliar o cisalhamento plano, outros métodos de flexão abordam diferentes comportamentos mecânicos:

• Ensaiode flexão de três pontos - Aplica uma carga num único ponto central, ideal para resistência à flexão, mas menos adequado para isolar efeitos de cisalhamento.
• Ensaiode flexãode quatro pontos - Utiliza dois pontos de carga sem a base central de três apoios, oferecendo uma flexão uniforme, mas não optimizada para a medição do cisalhamento plano.

Vantagens do ensaio de flexão de cinco pontos:

• Isola as propriedades de cisalhamento dentro do núcleo de painéis sanduíche ou laminados.
• Reduz as tensões de flexão concentradas em comparação com a flexão de três pontos.
• Fornece resultados mais representativos para materiais sujeitos a flexão e cisalhamento combinados em serviço.

Resultados exactos dependem de uma configuração correta e de procedimentos consistentes:

• Análise carga-deflexão - Identificar o ponto inicial de falha de cisalhamento e determinar os valores de módulo.
• Resistência ao cisalhamento - Calcular a partir dos valores de carga de pico ajustados para a geometria do espécime.
• Módulo de cisalhamento - Determine a partir da inclinação da região linear inicial da curva carga-deflexão.

Melhores práticas para precisão:

• Utilizar dispositivos rígidos com espaçamento preciso entre rolos para minimizar a variabilidade do ensaio.
• Calibrar regularmenteas células de carga e os transdutores de deslocamento.
• Manter um condicionamento ambiental consistente para todos os espécimes.
• Evitar falhas prematuras causadas por desalinhamento ou defeitos de superfície.

A Mecmesin fornece sistemas de teste de precisão totalmente compatíveis com a ASTM D2718, oferecendo resultados precisos e repetíveis para avaliação de cisalhamento plano.

Sistemas preparados para as normas

As estruturasOmniTest e MultiTest-dV, combinadas com células de carga de alta resolução, garantem total conformidade com os requisitos da ASTM.

Dispositivos personalizáveis

Desde pequenas amostras de laboratório até painéis de produção em escala real, a Mecmesin pode fornecer gabaritos configuráveis e suportes de rolos adaptados às dimensões das amostras e aos requisitos de carga.

Software integrado

O software VectorPro permite aos engenheiros

• Capturar dados de força-deflexão em tempo real.
• Efetuar cálculos automáticos de resistência ao corte e módulo.
• Gerar relatórios profissionais para controlo de qualidade e documentação de conformidade.

Ao combinar mecânica de precisão, software avançado e design de acessórios adaptáveis, a Mecmesin fornece dados fiáveis para decisões de engenharia informadas.

Para obter conselhos sobre a implementação de testes de flexão de cinco pontos no seu laboratório ou processo de produção, contacte a equipa técnica da Mecmesin. Os nossos especialistas podem recomendar o equipamento, os acessórios e os procedimentos corretos para satisfazer os seus requisitos de teste e garantir a conformidade com a norma ASTM D2718.