Departamento de Engenharia Mecânica MECAN UERJ

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Mecânica dos Sólidos

A área de mecânica dos sólidos concentra o seu estudo no equilíbrio dos mesmos, considerando os efeitos internos provocados pelas forças externas existentes. O objetivo dessa área de conhecimento é o dimensionamento e verificação da segurança do corpo e, para isso, deve-se levar em consideração as deformações e forças de atração moleculares, também chamadas de tensões.

Antes que se execute um projeto de máquinas é essencial que haja um estudo de mecânica dos sólidos sobre a peça, equipamento ou estrutura desenvolvida para que se garanta a eficácia e segurança durante a execução do seu serviço. Na engenharia mecânica, observamos o estudo da mecânica dos sólidos sobretudo em veículos, como carros, aviões, trens e navios e em máquinas como motores, turbinas, guindastes, caldeiras, vasos de pressão, geradores, aparelhos domésticos e pontes rolantes.

Dentro desta área temos as seguintes subáreas de estudo:

- Mecânica dos Corpos Rígidos, Elásticos e Plásticos
- Dinâmica dos Corpos Rígidos, Elásticos e Plásticos
- Análise de Tensões
- Termoelasticidade
- Ciência dos Materiais

Subárea: Mecânica dos Corpos Sólidos, Elásticos e Plásticos

O que é?

A Mecânica dos Corpos é o ramo da mecânica que estuda as relações entre as cargas externas aplicadas a um corpo, rígido ou deformável e a intensidade das forças internas que agem no interior do corpo. Além disso, para corpos deformáveis, estuda-se o cálculo das deformações do corpo, que podem ser plásticas ou elásticas, para garantir a estabilidade deste durante a aplicação de esforços externos.

Aplicações:

Podemos citar aplicações como transmissão de potência, fadiga, força máxima aplicada sobre a peça ou equipamento, flambagem da peça ou estrutura e deflexão de eixos.

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Subárea: Dinâmica dos Corpos Rígidos, Elásticos e Plásticos

O que é?

A dinâmica do corpo rígido estuda o movimento de sistemas de corpos interligados sob a ação de forças externas. A suposição de que os corpos são rígidos, o que significa que eles não se deformam sob a ação das forças aplicadas, simplifica-se a análise reduzindo os parâmetros que descrevem a configuração do sistema. Isso exclui os corpos que apresentam comportamento altamente elástico e plástico de fluido.

A dinâmica de um sistema de corpo rígido é descrita pelas leis da cinemática e pela aplicação da segunda lei (cinética) de Newton. A solução dessas equações de movimento fornece uma descrição da posição, do movimento e da aceleração dos componentes individuais do sistema e, em geral, do próprio sistema, em função do tempo. A formulação e solução de dinâmica do corpo rígido é uma ferramenta importante na simulação computacional de sistemas mecânicos.

Por outro lado, a dinâmica dos corpos elásticos e plásticos considera a deformação dos materias devido a ação de forças. Esses casos são um pouco mais complicados pois as equações de deformação devem ser incluídas na formulação.

Aplicações:

Podemos citar o funcionamento de elevadores, guindastes, engrenagens, transmissão em rodas

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Subárea: Análise de Tensões

O que é?

A análise de tensões é o estudo que avalia o estado de tensões em peças e estruturas sujeitas à aplicação de cargas. O objetivo é verificar se a aplicação de cargas e momentos é segura para a vida útil do sólido avaliado.

Aplicações:

Tubos, mancais, eixos são alguns exemplos na engenharia mecânica em que o estudo da análise de tensões é necessário.

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https://youtu.be/4lUwfkRpduY

Subárea: Termoelasticidade

O que é?

A termoelasticidade é uma teoria que estuda o efeito do campo de temperatura sobre o campo de tensão e o efeito associado do campo de tensão sobre as condições térmicas num sólido elástico.

A análise de termoelasticidade é feita atualmente por métodos computacionais confiáveis e de alta performance como o método de elementos finitos, os métodos de análise de sensibilidade da estrutura, com relação às variáveis de projeto, os métodos de programação matemática, entre outros.

Aplicações:

Análise e otimização de diferentes tipos de estrutura como turbomáquinas, reatores, hélices, compressores, entre outros.

Disciplinas oferecidas relacionadas à subárea:

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https://youtu.be/g7g6kU7H-3w

Subárea: Ciência dos materiais

O que é?

Ciência dos materiais envolve a investigação das relações que existem entre as estruturas e as propriedades dos materiais. Com isso, desenvolve-se ou sintetiza-se novos materiais para criar novos produtos e desenvolver técnicas para o processamento de materiais.
Os quatro componentes da ciência dos materiais são:

-Processamento
-Estrutura
-Propriedades
-Desempenho

Todos esses componentes estão interligados
É importante o estudo de materiais porque é recorrente, na engenharia, problemas de projeto envolvendo materiais. A seleção, deterioração das propriedades, resistência e ductilidade são fatores essenciais a serem considerados em um projeto mecânico e a ciência dos materiais é o ramo responsável por esse estudo.

Aplicações:

Podemos citar o desenvolvimento da nanotecnologia, casco de navio, fuselagem de avião, polímeros, supercondutores, biocompatibilidade, entre outros.