Sistema de vídeo extensômetro universal para simulação, previsão e indicação das propriedades mecânicas dos materiais

Abstract

A vídeo extensometria é uma técnica de aquisição e processamento de imagens que realiza a medição das deformações dos materiais, durante o ensaio de tração, obtendo dados confiáveis e que são indispensáveis no desenvolvimento de materiais biomédicos. Entretanto, percebe-se uma lacuna significativa tanto na literatura científica quanto no mercado atual em relação a sistemas de vídeo extensômetros universais, caracterizada pela falta de uma ferramenta capaz de realizar simulações, previsões e análises detalhadas das propriedades mecânicas dos materiais de forma eficiente e econômica. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi desenvolver e validar um vídeo extensômetro universal para simulação, previsão e indicação das propriedades mecânicas dos materiais. Este trabalho foi dividido em duas etapas, sendo a primeira o desenvolvimento de um hardware com a utilização de célula de carga, conectada a um módulo ADC, acoplado a um Arduino por meio de uma comunicação SPI, estabelecendo uma comunicação serial com o programa principal do MATLAB e uma câmera com comunicação serial com o programa. A segunda etapa foi o desenvolvimento do software de vídeo sequência de simulação utilizando a ferramenta de desenvolvimento chamada MATLAB. Foram realizados oito ensaios iniciais de tração comparativos físicos e simulados em uma máquina universal, por meio de vídeo sequência em dois materiais distintos, alumínio e borracha, com perfis retangulares de comprimento de 165 mm e largura de 13 mm. A espessura variou para cada tipo de material: 0,31 mm para o alumínio e 2,5 mm para a borracha. Todos os ensaios foram realizados a uma velocidade de 10 mm/min. Os resultados demostraram uma precisão de deslocamento menores que 0,033%; os limites de resistência nos ensaios apresentaram um erro máximo 7,77%; e, na tensão de ruptura, um erro máximo de 10,18%; no módulo de elasticidade, entre o valor medido pelo software desenvolvido e o cálculo pela literatura houve um erro de, no máximo, 0,002%. O software foi capaz de traçar a curva de tensão/deformação com pontos de interesse e oferece percepções valiosas sobre a curva de aprendizado do sistema. Conclui-se que os resultados apresentados, neste trabalho, buscam contribuir para o avanço das técnicas de análise de materiais biomédicos, visando maior precisão e eficácia. Além disso, o modelo discutido demonstrou níveis significativos de maturidade tecnológica, indicando um alto potencial de sucesso no mercado de extensômetros para materiais biomédicos.