Deformação plástica
Storyboard
Para pequenas deformações, o material sofre apenas uma deformação elástica, ou seja, ao retirar a carga, ele retorna à sua forma original. Para deformações maiores, os átomos podem sofrer deslocamentos maiores, alterando permanentemente a estrutura. Nestes casos, falamos de deformação plástica.
ID:(324, 0)
Estrutura óssea
Descrição
O osso pode ser modelado como um cilindro oco, pois o material em seu interior não é capaz de suportar uma carga significativa. Portanto, ele é modelado geometricamente como um cilindro com propriedades o comprimento do corpo ($L$), o raio interno ($R_1$) e o rádio externa ($R_2$):
Portanto, o raio efetivo ($R$) é
la seção de elemento ($S$) é
e o momento de inércia da superfície ($I_s$) é
ID:(1915, 0)
Aplicação em fraturas
Descrição
No caso do osso, existem diferentes situações que levam à geração de tensões extremas que resultam em fraturas.
Uma situação é quando o osso está fixo em uma extremidade e é flexionado a partir da outra:
Um exemplo é uma pessoa caindo e apoiando-se em um ponto, criando um ponto fixo por atrito enquanto o centro de massa continua se movendo devido à inércia, flexionando o osso até que ele frature.
Outra situação é quando está fixo em ambas as extremidades e recebe uma força perpendicular em alguma posição intermediária:
Um exemplo típico disso é quando um jogador de futebol coloca o pé (um ponto fixo) e a massa de seu corpo, devido à inércia, retém o segundo ponto, que pode ser considerado fixo, enquanto outro jogador impacta sua perna com o pé.
Por último, há a situação em que o osso entra em colapso devido à pressão axial.
Nesse caso, existem duas situações. Por um lado, a estrutura do próprio osso pode entrar em colapso e fraturar devido à compressão. Por outro lado, pode haver flambagem, o que significa que, devido a alguma heterogeneidade, o osso se flexiona e acaba se desviando de forma extrema, levando à fratura.
Esses são os mecanismos básicos que posteriormente, na realidade, podem iniciar o processo, comprometendo outros ossos ou se estendendo dentro do mesmo osso, resultando em uma fratura mais complexa.
ID:(222, 0)
Flexão com ponto fixo
Descrição
Uma situação que pode ocorrer é quando uma força de deformação com ponto fixo ($F_1$) age sobre um osso com as propriedades um comprimento do corpo ($L$), o módulo de Elasticidade ($E$) e o momento de inércia da superfície ($I_s$), que está fixo em uma extremidade.
la energia de deformação com ponto fixo ($W_1$), que armazena a estrutura contra uma tensão à deformação com um ponto fixo ($\sigma_1$), é definido por
| $ W_1 =\displaystyle\frac{3 E I_s }{2 L ^3} u_1 ^2$ |
la força de deformação com ponto fixo ($F_1$), a força aplicada, leva a uma tensão à deformação com um ponto fixo ($\sigma_1$), conforme
| $ F_1 =\displaystyle\frac{3 E I_s }{ L ^3} u_1 $ |
e la tensão à deformação com um ponto fixo ($\sigma_1$), que depende de o rádio externa ($R_2$), é dado por
| $ \sigma_1 =\displaystyle\frac{2 R_2 L }{3 I_s } F_1 $ |
ID:(739, 0)
Flexão com dois pontos fixos
Descrição
Uma situação que pode ocorrer é quando uma força de deformação com dois pontos fixos ($F_2$) age sobre um osso com as propriedades um comprimento do corpo ($L$), o módulo de Elasticidade ($E$) e o momento de inércia da superfície ($I_s$), que está fixo em ambos os extremos:
la energia de deformação com dois pontos fixos ($W_2$), que armazena a estrutura contra um movimento em flexão com dois pontos fixos ($u_2$), é dado por
| $ W_2 =\displaystyle\frac{24 E I_s }{ L ^3} u_2 ^2$ |
la força de deformação com dois pontos fixos ($F_2$), a força aplicada, leva a um movimento em flexão com dois pontos fixos ($u_2$) conforme
| $ F_2 =\displaystyle\frac{48 E I_s }{ L ^3} u_2 $ |
e la tensão à deformação com dois pontos fixos ($\sigma_2$), que depende de o rádio externa ($R_2$), é expresso como
| $ \sigma_2 =\displaystyle\frac{ R_2 L }{3 I_s } F_2 $ |
ID:(740, 0)
Flambagem
Descrição
Um cenário possível é que uma força de deformação em condição de flambagem ($F_p$) atue ao longo do eixo do osso com as propriedades um comprimento do corpo ($L$), o módulo de Elasticidade ($E$), o fator de flambagem ($K$), o raio efetivo ($R$) e o momento de inércia da superfície ($I_s$), gerando flambagem:
la energia de deformação em condição de flambagem ($W_p$), é definido como
| $ W_p =\displaystyle\frac{ \pi ^4 E I_s }{2 K ^4 L ^3} R ^2$ |
la força de deformação em condição de flambagem ($F_p$), a força aplicada, de acordo com
| $ F_p =\displaystyle\frac{ \pi ^2 E I_s }{ K ^2 L ^2}$ |
e la tensão à deformação em caso de flambagem ($\sigma_p$), que depende de o rádio externa ($R_2$), é expresso como
| $ \sigma_p =\displaystyle\frac{ \pi ^2 E I_s }{ K ^2 L ^2 S }$ |
ID:(741, 0)
Deformação óssea devido à torção
Descrição
Uma forma de causar uma fratura é através da torção do osso, o que envolve a aplicação de torques opostos nas extremidades:
ID:(1916, 0)
Deformação elástica da estrutura sólida
Descrição
A deformação elástica microscópica corresponde a uma modificação na distância entre os átomos sob uma força externa, sem qualquer rearranjo desses átomos.
Em geral, é uma deformação onde a distância muda de forma proporcional à força aplicada, referida como deformação elástica.
ID:(1685, 0)
Deformação permanente explicada com átomos
Descrição
A deformação plástica significa que, se a tensão aplicada for reduzida, o material diminui sua deformação, mas acaba com uma deformação permanente.
Portanto, se for submetido novamente à tensão, geralmente retorna à sua forma elástica, mas devido à nova forma, não consegue recuperar sua forma original.
ID:(1911, 0)
Deformação plástica na estrutura do sólido
Descrição
A deformação plástica envolve os átomos se reorganizando, dissociando-se das estruturas existentes e formando novas ligações que são intrinsecamente estáveis. No entanto, essa deformação geralmente implica em uma modificação na forma do material.
A deformação plástica pode eventualmente levar a alterações que podem incluir rupturas catastróficas, que são permanentes.
ID:(1686, 0)
O osso
Descrição
Trabalharemos com osso e com os cenários de queda e impacto. Os parâmetros ósseos e as propriedades do material estão resumidos aqui:
Geometria e elasticidade
ID:(1556, 0)
Fratura por impacto
Descrição
Se um jogador é atingido no meio do osso e considera-se que o pé, devido ao atrito, e o corpo, devido à inércia, são pontos fixos, isso resulta em uma carga que flexiona o osso.
Pergunta de interesse: Qual é a energia, a tensão, a força, o deslocamento e a altura do salto nos quais ocorreria o pandeo? ($W_{tv}$, $\sigma_{tv}$, $F_{tv}$, $u_{tv}$, $v$).
ID:(1560, 0)
A dinâmica
Descrição
São consideradas duas situações, queda (quebra por flambagem, compressão ou flexão) e impacto na parte central do osso (quebra por flexão).
ID:(1557, 0)
Deformação plástica
Descrição
Para pequenas deformações, o material sofre apenas uma deformação elástica, ou seja, ao retirar a carga, ele retorna à sua forma original. Para deformações maiores, os átomos podem sofrer deslocamentos maiores, alterando permanentemente a estrutura. Nestes casos, falamos de deformação plástica.
Variáveis
Cálculos
Cálculos
Equações
(ID 7972)
Exemplos
(ID 15576)
O osso pode ser modelado como um cilindro oco, pois o material em seu interior n o capaz de suportar uma carga significativa. Portanto, ele modelado geometricamente como um cilindro com propriedades o comprimento do corpo ($L$), o raio interno ($R_1$) e o rádio externa ($R_2$):
Portanto, o raio efetivo ($R$)
la seção de elemento ($S$)
e o momento de inércia da superfície ($I_s$)
(ID 1915)
No caso do osso, existem diferentes situa es que levam gera o de tens es extremas que resultam em fraturas.
Uma situa o quando o osso est fixo em uma extremidade e flexionado a partir da outra:
Um exemplo uma pessoa caindo e apoiando-se em um ponto, criando um ponto fixo por atrito enquanto o centro de massa continua se movendo devido in rcia, flexionando o osso at que ele frature.
Outra situa o quando est fixo em ambas as extremidades e recebe uma for a perpendicular em alguma posi o intermedi ria:
Um exemplo t pico disso quando um jogador de futebol coloca o p (um ponto fixo) e a massa de seu corpo, devido in rcia, ret m o segundo ponto, que pode ser considerado fixo, enquanto outro jogador impacta sua perna com o p .
Por ltimo, h a situa o em que o osso entra em colapso devido press o axial.
Nesse caso, existem duas situa es. Por um lado, a estrutura do pr prio osso pode entrar em colapso e fraturar devido compress o. Por outro lado, pode haver flambagem, o que significa que, devido a alguma heterogeneidade, o osso se flexiona e acaba se desviando de forma extrema, levando fratura.
Esses s o os mecanismos b sicos que posteriormente, na realidade, podem iniciar o processo, comprometendo outros ossos ou se estendendo dentro do mesmo osso, resultando em uma fratura mais complexa.
(ID 222)
Uma situa o que pode ocorrer quando uma força de deformação com ponto fixo ($F_1$) age sobre um osso com as propriedades um comprimento do corpo ($L$), o módulo de Elasticidade ($E$) e o momento de inércia da superfície ($I_s$), que est fixo em uma extremidade.
la energia de deformação com ponto fixo ($W_1$), que armazena a estrutura contra uma tensão à deformação com um ponto fixo ($\sigma_1$), definido por
| $ W_1 =\displaystyle\frac{3 E I_s }{2 L ^3} u_1 ^2$ |
la força de deformação com ponto fixo ($F_1$), a for a aplicada, leva a uma tensão à deformação com um ponto fixo ($\sigma_1$), conforme
| $ F_1 =\displaystyle\frac{3 E I_s }{ L ^3} u_1 $ |
e la tensão à deformação com um ponto fixo ($\sigma_1$), que depende de o rádio externa ($R_2$), dado por
| $ \sigma_1 =\displaystyle\frac{2 R_2 L }{3 I_s } F_1 $ |
(ID 739)
Uma situa o que pode ocorrer quando uma força de deformação com dois pontos fixos ($F_2$) age sobre um osso com as propriedades um comprimento do corpo ($L$), o módulo de Elasticidade ($E$) e o momento de inércia da superfície ($I_s$), que est fixo em ambos os extremos:
la energia de deformação com dois pontos fixos ($W_2$), que armazena a estrutura contra um movimento em flexão com dois pontos fixos ($u_2$), dado por
| $ W_2 =\displaystyle\frac{24 E I_s }{ L ^3} u_2 ^2$ |
la força de deformação com dois pontos fixos ($F_2$), a for a aplicada, leva a um movimento em flexão com dois pontos fixos ($u_2$) conforme
| $ F_2 =\displaystyle\frac{48 E I_s }{ L ^3} u_2 $ |
e la tensão à deformação com dois pontos fixos ($\sigma_2$), que depende de o rádio externa ($R_2$), expresso como
| $ \sigma_2 =\displaystyle\frac{ R_2 L }{3 I_s } F_2 $ |
(ID 740)
Um cen rio poss vel que uma força de deformação em condição de flambagem ($F_p$) atue ao longo do eixo do osso com as propriedades um comprimento do corpo ($L$), o módulo de Elasticidade ($E$), o fator de flambagem ($K$), o raio efetivo ($R$) e o momento de inércia da superfície ($I_s$), gerando flambagem:
la energia de deformação em condição de flambagem ($W_p$), definido como
| $ W_p =\displaystyle\frac{ \pi ^4 E I_s }{2 K ^4 L ^3} R ^2$ |
la força de deformação em condição de flambagem ($F_p$), a for a aplicada, de acordo com
| $ F_p =\displaystyle\frac{ \pi ^2 E I_s }{ K ^2 L ^2}$ |
e la tensão à deformação em caso de flambagem ($\sigma_p$), que depende de o rádio externa ($R_2$), expresso como
| $ \sigma_p =\displaystyle\frac{ \pi ^2 E I_s }{ K ^2 L ^2 S }$ |
(ID 741)
Uma forma de causar uma fratura atrav s da tor o do osso, o que envolve a aplica o de torques opostos nas extremidades:
(ID 1916)
A deforma o el stica microsc pica corresponde a uma modifica o na dist ncia entre os tomos sob uma for a externa, sem qualquer rearranjo desses tomos.
Em geral, uma deforma o onde a dist ncia muda de forma proporcional for a aplicada, referida como deforma o el stica.
(ID 1685)
A deforma o pl stica significa que, se a tens o aplicada for reduzida, o material diminui sua deforma o, mas acaba com uma deforma o permanente.
Portanto, se for submetido novamente tens o, geralmente retorna sua forma el stica, mas devido nova forma, n o consegue recuperar sua forma original.
(ID 1911)
A deforma o pl stica envolve os tomos se reorganizando, dissociando-se das estruturas existentes e formando novas liga es que s o intrinsecamente est veis. No entanto, essa deforma o geralmente implica em uma modifica o na forma do material.
A deforma o pl stica pode eventualmente levar a altera es que podem incluir rupturas catastr ficas, que s o permanentes.
(ID 1686)
Trabalharemos com osso e com os cen rios de queda e impacto. Os par metros sseos e as propriedades do material est o resumidos aqui:
Geometria e elasticidade
(ID 1556)
Se um jogador atingido no meio do osso e considera-se que o p , devido ao atrito, e o corpo, devido in rcia, s o pontos fixos, isso resulta em uma carga que flexiona o osso.
Pergunta de interesse: Qual a energia, a tens o, a for a, o deslocamento e a altura do salto nos quais ocorreria o pandeo? ($W_{tv}$, $\sigma_{tv}$, $F_{tv}$, $u_{tv}$, $v$).
(ID 1560)
S o consideradas duas situa es, queda (quebra por flambagem, compress o ou flex o) e impacto na parte central do osso (quebra por flex o).
(ID 1557)
(ID 15579)
A integra o sobre a se o com o raio interno ($R_1$) e o rádio externa ($R_2$) leva introdu o de o raio efetivo ($R$), definido por:
| $R^2=R_1^2+R_2^2$ |
(ID 7972)
Com o rádio externa ($R_2$) e o raio interno ($R_1$), la seção de elemento ($S$) definido por
| $ S = \pi ( R_2 ^2- R_1 ^2)$ |
(ID 3784)
O momento de inércia da superfície ($I_s$) calculado no caso de um cilindro com o rádio externa ($R_2$) e o raio interno ($R_1$) atrav s de
| $ I_s =\displaystyle\frac{ \pi }{2}( R_2 ^4- R_1 ^4)$ |
(ID 3774)
A rela o entre la energia de deformação com dois pontos fixos ($W_2$) e o movimento em flexão com dois pontos fixos ($u_2$) em uma flex o com dois pontos fixos depende de o módulo de Elasticidade ($E$), o comprimento do corpo ($L$) e o momento de inércia da superfície ($I_s$)
| $ W_2 =\displaystyle\frac{24 E I_s }{ L ^3} u_2 ^2$ |
(ID 3780)
A rela o entre la força de deformação com dois pontos fixos ($F_2$) e o movimento em flexão com dois pontos fixos ($u_2$) em uma flex o com dois pontos fixos depende de o módulo de Elasticidade ($E$), o comprimento do corpo ($L$) e o momento de inércia da superfície ($I_s$). Neste contexto,
| $ F_2 =\displaystyle\frac{48 E I_s }{ L ^3} u_2 $ |
(ID 3778)
A rela o entre la tensão à deformação com dois pontos fixos ($\sigma_2$) e la força de deformação com dois pontos fixos ($F_2$) em uma flex o com dois pontos fixos depende de o rádio externa ($R_2$), o comprimento do corpo ($L$) e o momento de inércia da superfície ($I_s$). Neste contexto,
| $ \sigma_2 =\displaystyle\frac{ R_2 L }{3 I_s } F_2 $ |
(ID 3779)
A rela o entre la energia de deformação com ponto fixo ($W_1$) e o deslocamento de flexão com ponto fixo ($u_1$) em uma flex o com um ponto fixo depende de o módulo de Elasticidade ($E$), o comprimento do corpo ($L$) e o momento de inércia da superfície ($I_s$) :
| $ W_1 =\displaystyle\frac{3 E I_s }{2 L ^3} u_1 ^2$ |
(ID 3777)
A rela o entre la força de deformação com ponto fixo ($F_1$) e o deslocamento de flexão com ponto fixo ($u_1$) em uma flex o com um ponto fixo depende de o módulo de Elasticidade ($E$), o comprimento do corpo ($L$) e o momento de inércia da superfície ($I_s$) :
| $ F_1 =\displaystyle\frac{3 E I_s }{ L ^3} u_1 $ |
(ID 3775)
A rela o entre la tensão à deformação com um ponto fixo ($\sigma_1$) e la força de deformação com ponto fixo ($F_1$) em uma flex o com um ponto fixo depende de o rádio externa ($R_2$), o comprimento do corpo ($L$) e o momento de inércia da superfície ($I_s$) :
| $ \sigma_1 =\displaystyle\frac{2 R_2 L }{3 I_s } F_1 $ |
(ID 3776)
La energia de deformação em condição de flambagem ($W_p$) no encurvamento depende de o módulo de Elasticidade ($E$), o comprimento do corpo ($L$), o momento de inércia da superfície ($I_s$), o raio efetivo ($R$) e o fator de flambagem ($K$)
| $ W_p =\displaystyle\frac{ \pi ^4 E I_s }{2 K ^4 L ^3} R ^2$ |
O valor de o fator de flambagem ($K$) :
• 0,5 se ambas as bordas estiverem fixas,
• 1,0 se ambas puderem girar,
• 0,7 se uma estiver fixa e a outra puder girar, e
• 2,0 se ambas estiverem livres.
(ID 3783)
La força de deformação em condição de flambagem ($F_p$) no encurvamento depende de o módulo de Elasticidade ($E$), o comprimento do corpo ($L$), o momento de inércia da superfície ($I_s$) e o fator de flambagem ($K$).
| $ F_p =\displaystyle\frac{ \pi ^2 E I_s }{ K ^2 L ^2}$ |
O valor de o fator de flambagem ($K$) :
• 0,5 se ambas as bordas estiverem fixas,
• 1,0 se ambas puderem girar,
• 0,7 se uma estiver fixa e a outra puder girar, e
• 2,0 se ambas estiverem livres.
(ID 3781)
La tensão à deformação em caso de flambagem ($\sigma_p$) no encurvamento depende de o módulo de Elasticidade ($E$), o comprimento do corpo ($L$), o momento de inércia da superfície ($I_s$), la seção de elemento ($S$) e o fator de flambagem ($K$).
| $ \sigma_p =\displaystyle\frac{ \pi ^2 E I_s }{ K ^2 L ^2 S }$ |
O valor de o fator de flambagem ($K$) :
• 0,5 se ambas as bordas estiverem fixas,
• 1,0 se ambas puderem girar,
• 0,7 se uma estiver fixa e a outra puder girar, e
• 2,0 se ambas estiverem livres.
(ID 3782)
ID:(324, 0)
