Testes de impacto mais próximos do real

Uma das maiores deficiências do teste de impacto Charpy é que ele não representa, frequentemente, um modelo realista da situação. Além do tamanho do corpo de prova, que pode levar a uma dispersão considerável nos resultados, uma espessura de 10 mm não pode representar a condição de impacto sobre uma estrutura de espessura muito maior.

Para resolver este problema, foi desenvolvido outros testes capazes de medir parâmetros para corpos de prova espessos. Entre estes testes destacam-se o de explosão e o teste da queda do peso.

Teste de Explosão

O teste de explosão foi pioneiro para determinar o comportamento de peças/estruturas de maiores dimensões. para realizá-lo é necessário depositar uma pequena solda frágil sobre uma chapa de aço de 14”x14”x1” (355,6x355,6x2,54 mm). A placa é então colocada sobre uma base circular e carregada dinamicamente com uma carga explosiva. A solda frágil introduz uma pequena trinca na placa de teste semelhante a uma trinca de solda defeituosa. Os testes são conduzidos em diversas temperaturas e a aparência da fratura dá a indicação da temperatura de transição.

As variações da configuração da fratura em função da temperatura podem ser vistas na figura abaixo.

 

Abaixo do limite da temperatura de ductilidade zero (NDT), a fratura é plana e corre na direção das bordas sobre toda a superfície da placa. Acima da temperatura de ductilidade zero ocorre uma deformação plástica em forma aproximada de calota na parte central da placa, mas a fratura continua plana nas bordas. Em temperaturas mais altas a fratura não se propaga na direção das bordas, ficando somente na região central abaulada.

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A temperatura na qual a fratura elástica não se propaga em direção às bordas da placa é chamada fratura de transição elástica (FTE). Este ponto marca a temperatura mais alta de fratura por efeito de tensões puramente elásticas. Subindo ainda mais a temperatura, a deformação plástica resulta numa protuberância do tipo capacete . A temperatura acima da qual ocorre a fratura puramente elástica é denominada fratura de transição plástica (FTP).

Teste da Queda do Peso

O método da queda do peso consiste em liberar um peso verticalmente usando um tubo ou trilhos como guias durante a ’queda livre’. Como a  altura e o valor do peso utilizado são conhecidos é possível calcular o valor da energia.

Logo que o teste começou a ser feito, não havia meios de medir a velocidade de impacto, portanto a velocidade era calculada, admitindo que a queda ocorria sem efeito de fricção com o sistema de guias. O peso cairia sobre o corpo, destruindo-o ou passando através dele, portanto o resultado do teste era tomado como falha/não falha.

O aparelho original evoluiu para um sistema com melhores recursos. A máquina de Gardner consiste basicamente de um tubo guia no qual viaja o peso. O peso é liberado de alturas crescentes até que ocorra falha no corpo de prova. Neste ponto o operador deverá pesquisar por tentativa qual a altura de queda que causa falha para 50% de corpos de prova.

O conceito de falha para este teste é subjetivo, pois dependerá do julgamento do operador e da finalidade do teste. Incrementos de altura muito pequenos deverão ser aplicados à altura de queda, o que aumenta o número de corpos de prova (de 50 a 100) necessários para que um valor médio seja estabelecido. Além disso, a velocidade de impacto varia com a altura de queda, alterando a taxa de deformação do corpo de prova. A solução para todos estes problemas é a instrumentalização deste equipamento, que reduz a influência do operador e corrige a maior parte das falhas do aparelho Gardner.

O princípio da queda livre representa uma simulação mais próxima do caso real de carga de impacto, quando as peças estão efetivamente expostas ao impacto funcional. Algumas das vantagens deste teste são sua aplicabilidade em peças moldadas, carga essencialmente unidirecional - sem direção preferencial de falha,  com origem no ponto mais fraco do corpo de prova e se propagando a partir deste ponto - e corpos de prova que não necessitam ser destruídos para caracterizar a falha - pode ser definida por deformação, início de trinca ou ruptura completa, dependendo dos objetivos de teste.