Ensaios de tensão e compressão

Os ensaios de tensão e compressão estão entre os métodos de ensaio mecânico mais utilizados para avaliar o desempenho de um material ou componente sob cargas aplicadas.

Num ensaio de tração, uma amostra é sujeita a uma força de tração até atingir um ponto definido, como o limite de elasticidade, a resistência à tração final ou a falha. Isto revela propriedades como a resistência à tração, a rigidez, o alongamento e a ductilidade. Num ensaio de compressão, o provete é sujeito a uma força de pressão, frequentemente para determinar a resistência à compressão, o comportamento de deformação ou o desempenho de encurvadura.

Estes ensaios podem ser efectuados como ensaios estáticos, em que é aplicada uma carga constante até ser atingido um objetivo ou ponto de rutura, ou como ensaios dinâmicos, em que a carga varia ao longo do tempo para simular condições operacionais. Os ensaios estáticos são frequentemente utilizados para a caraterização básica dos materiais e para o controlo da qualidade, enquanto os ensaios dinâmicos ou de fadiga permitem conhecer a durabilidade a longo prazo e os modos de falha.

Os sistemas de teste electromecânicos, como o MultiTest-dV, são amplamente utilizados para aplicações de tensão e compressão. Combinam o controlo preciso do motor com sensores de medição digitais, permitindo a realização de ensaios altamente repetíveis e a recolha de dados de desempenho detalhados.

Sistemas electromecânicos e servo-hidráulicos

São utilizadas duas tecnologias de acionamento principais nos ensaios de tração e compressão: sistemas electromecânicos e sistemas servo-hidráulicos.

Os sistemas electromecânicos utilizam parafusos ou actuadores motorizados para aplicar força. Oferecem elevada precisão, excelente repetibilidade e controlo fino numa vasta gama de forças e velocidades. Isto torna-os adequados para aplicações que requerem uma elevada resolução de medição, tais como o teste de conjuntos delicados, plásticos, elastómeros e pequenas peças metálicas. Por exemplo, a gama MultiTest-dV proporciona um controlo preciso da força até ±0,1% da carga indicada, definições de velocidade flexíveis de 0,1 mm/min a mais de 1000 mm/min e captura de dados integrada.

Os sistemas servo-hidráulicos utilizam fluido hidráulico pressurizado para gerar movimento. São capazes de fornecer forças muito elevadas e são normalmente utilizados para testar componentes grandes ou estruturais em sectores como o aeroespacial e o automóvel. São adequados para ensaios cíclicos e de fadiga a alta velocidade, mas requerem mais manutenção e são geralmente menos eficientes em termos energéticos do que os sistemas electromecânicos.

Ensaios estáticos e de fadiga

Os ensaios estáticos aplicam uma carga ou deslocação constante até um ponto definido ou até ocorrer uma falha. Isto é essencial para determinar propriedades como a resistência à tração, o limite de elasticidade e o módulo de compressão.

Os ensaios de fadiga aplicam e removem repetidamente cargas para reproduzir as tensões que um componente irá sofrer em serviço. Isto é crucial para prever a vida útil do produto e identificar potenciais pontos de falha. Os ensaios de fadiga de alto ciclo podem durar até um milhão de ciclos com cargas mais baixas, enquanto os ensaios de fadiga de baixo ciclo avaliam o desempenho sob tensões mais elevadas e menos ciclos.

Um ensaio típico envolve

• Preparação do espécime - O espécime é preparado de acordo com a norma relevante, com dimensões e acabamento de superfície controlados. Os materiais normalmente testados incluem metais, plásticos, elastómeros, compósitos e têxteis.
• Montagem na estrutura de ensaio - O espécime é fixado utilizando pegas ou dispositivos adequados que evitam o deslizamento ou danos. Os testes de compressão utilizam normalmente placas planas ou gabaritos de compressão.
• Aplicação de força - A máquina aplica uma carga controlada a uma velocidade definida. As células de carga medem a força aplicada e os extensómetros registam o alongamento ou a compressão.
• Controlo ambiental - Os ensaios podem ser realizados à temperatura ambiente ou em câmaras para simular calor, frio ou humidade.
• Captura e análise de dados - As medições são registadas como curvas força-deslocamento ou tensão-deformação, revelando parâmetros como o módulo de elasticidade, o ponto de cedência e a carga máxima antes da falha.

Sistemas como o MultiTest-dV podem ser emparelhados com sensores de elevada precisão, incluindo células de carga VFG, AFG ou ELS. Os extensómetros captam medições de deformação finas para garantir resultados precisos e repetíveis.

Aplicações industriais

Os ensaios de tensão e compressão são utilizados em várias indústrias para validar o desempenho do projeto, garantir a qualidade e cumprir os requisitos regulamentares:

• Automóvel - Avaliação de veios de transmissão, parafusos, molas e fixadores para garantir um funcionamento seguro sob carga.
• Dispositivos médicos - Medição das forças do êmbolo da seringa, elasticidade da tubagem e resistência à tração da sutura em conformidade com as normas de segurança.
• Embalagens - Testar as forças de arranque e de tração de tampas de garrafas, vedantes e fechos para equilibrar a força de vedação com a facilidade de abertura.
• Aeroespacial e defesa - Avaliação da integridade estrutural de fixadores, suportes e componentes compostos em condições extremas.

Garantia de qualidade e ciclo de vida do produto

Quando aplicados no início do desenvolvimento do produto, estes ensaios ajudam a detetar defeitos de materiais, a validar concepções e a simular condições de serviço. Utilizando software de controlo e análise, como o VectorPro, os engenheiros podem automatizar sequências de teste, reunir conjuntos de dados detalhados e gerar relatórios prontos a cumprir. Os dados resultantes apoiam a melhoria do produto e o planeamento da manutenção preditiva.

A Mecmesin oferece uma gama de sistemas para testes estáticos e cíclicos, incluindo:

• Equipamentos deteste de força motorizados MultiTest-dV - Sistemas electromecânicos compactos para controlo de qualidade e investigação, que oferecem um controlo de velocidade preciso, saídas digitais e compatibilidade com uma grande variedade de punhos e acessórios.
• Testadores de materiais de coluna única OmniTest - Adequados para aplicações de força média, oferecendo maior capacidade de carga e adaptabilidade para uma ampla gama de tipos de teste.
• Testadores de materiais de coluna dupla OmniTest - Concebidos para ensaios de cargas elevadas ou de componentes de grandes dimensões, proporcionando a estabilidade e a capacidade necessárias para aplicações exigentes.

Todos os sistemas suportam configurações de ensaio personalizadas, câmaras ambientais e integração com extensómetros, células de carga de elevada precisão e software de análise avançado.

Os ensaios de tração e compressão são regidos por normas internacionais que garantem a comparabilidade e a conformidade regulamentar:

• ISO 527 - Propriedades de tração dos plásticos
• ISO 7500 - Verificação de sistemas de medição de força de máquinas de ensaio
• ASTM D638 - Propriedades de tração dos plásticos
• ASTM E8 - Ensaio de tração de materiais metálicos
• ASTM D695 - Propriedades de compressão de plásticos rígidos

Em sectores regulamentados como o aeroespacial, o automóvel e os dispositivos médicos, a conformidade com estas normas é essencial para a aprovação do produto e a garantia de qualidade.

A escolha do equipamento de teste de tensão e compressão adequado depende de factores como o tipo de material, a gama de forças, a velocidade de teste, as condições ambientais e as normas aplicáveis. A equipa técnica da Mecmesin pode aconselhar na seleção do equipamento mais adequado e no desenvolvimento de procedimentos de teste para garantir resultados precisos, repetíveis e em conformidade com as normas.