A31 Limites de resistência do exoesqueleto

Tópico

O exoesqueleto do inseto é a estrutura que deve suportar todas as cargas mecânicas às quais o corpo do inseto é submetido, e essas cargas não são de um único tipo: as pernas do inseto suportam compressão axial ao sustentar o peso do corpo, as antenas e outros apêndices suportam torção, e as asas e segmentos do corpo suportam flexão.

Para determinar quando qualquer uma dessas cargas danificará irreversivelmente o exoesqueleto, o critério de von Mises combina as várias tensões que atuam sobre o material em um único valor e prevê que a deformação plástica irreversível começa precisamente quando essa combinação de tensões excede a resistência ao escoamento do material.

No entanto, esse limite de resistência ao escoamento não é a única maneira pela qual o exoesqueleto pode falhar: a flambagem de Euler é um modo de falha particularmente crítico para as estruturas finas do inseto, como suas pernas muito longas e delgadas, que podem falhar por flambagem — isto é, dobrando-se bruscamente para um lado — sob cargas muito menores do que aquelas que fariam o material falhar em sua resistência ao escoamento. Em contraste com esses dois modos de falha, dentro do exoesqueleto, são as articulações do inseto que operam com uma margem de segurança relativamente estreita: a carga que causa a falha de uma articulação geralmente é apenas de uma vez e meia a três vezes a carga real que ela deve suportar em uso normal, uma margem que reflete o equilíbrio evolutivo entre manter o exoesqueleto leve e robusto o suficiente para evitar falhas.

Parte dessa margem de segurança, no entanto, não provém do projeto da estrutura, mas de um processo que ocorre dentro do próprio material do exoesqueleto: durante a esclerotização que endurece o exoesqueleto imediatamente após cada muda, o exoesqueleto endurece enquanto está em sua configuração expandida, e esse endurecimento deixa tensões compressivas residuais aprisionadas dentro do material. Essas tensões compressivas residuais atuam como uma pré-tensão benéfica: em vez de se somarem às cargas externas, elas subtraem das cargas de tração que o exoesqueleto recebe externamente, aumentando a resistência efetiva do exoesqueleto a essas cargas de tração externas.

ID:2553