REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA.

I.U.P. SANTIAGO MARIÑO.

EXTENSIÓN PORLAMAR.

ELEMENTOS DE MAQUINAS

E S F U E R Z O Y D E F O R M A C I Ó N

F A T I G A , R A P I D E Z Y F L E X I Ó N

T O R S I O N

Autor:

Félix Marcano Valerio

c.i. 20,905,343

Profesor:

Julián Carneiro

DEFORMACION Y ESFUERZO

Deformación :

La deformación es, en sentido generalizado, el cambio geométrico que

experimenta un cuerpo no rígido bajo la acción de las fuerzas externas y de

volumen o de inercia que a él se aplican. Los materiales, en su totalidad, se

deforman a una carga externa. Se sabe además que, hasta cierta carga límite el

sólido recobra sus dimensiones originales cuando se le descarga.

DEFORMACION ELASTICA:

La deformación elástica obedece a la Ley de Hooke, La constante de

proporcionalidad (E) llamada módulo de elasticidad o de Young, representa la

pendiente del segmento lineal de la gráfica Esfuerzo - Deformación, y puede

ser interpretado como la rigidez, o sea, la resistencia del material a la

deformación elástica. En la deformación plástica la Ley de Hooke deja de

tener validez.

ESFUERZO:

El esfuerzo se define como la intensidad de las fuerzas componentes

internas distribuidas que resisten un cambio en la forma de un cuerpo. El

esfuerzo se define en términos de fuerza por unidad de área. Existen tres

clases básicas de esfuerzos: tensivo, compresivo y corte. El esfuerzo se

computa sobre la base de las dimensiones del corte transversal de una pieza

antes de la aplicación de la carga, que usualmente se llaman dimensiones

originales.

TIPOS DE ESFUERZO

• El esfuerzo cortante, de corte, de cizalla o de cortadura

es el esfuerzo interno o resultante de las tensiones

paralelas a la sección transversal de un prisma

mecánico como por ejemplo una viga o un pilar

• Tracción. Hace que se separen entre sí las distintas partículas que componen una pieza, tendiendo a alargarla. Por ejemplo, cuando se cuelga de una cadena una lámpara, la cadena queda sometida a un esfuerzo de tracción, tendiendo a aumentar su longitud.

• Compresión. Hace que se aproximen las diferentes partículas de un material, tendiendo a producir acortamientos o aplastamientos. Cuando nos sentamos en una silla, sometemos a las patas a un esfuerzo de compresión, con lo que tiende a disminuir su altura.

•Flexión. Es una combinación de compresión y de tracción. Mientras que las fibras superiores de la pieza sometida a un esfuerzo de flexión se alargan, las inferiores se acortan, o viceversa. Al saltar en la tabla del trampolín de una piscina, la tabla se flexiona. También se flexiona un panel de una estantería cuando se carga de libros o la barra donde se cuelgan las perchas en los armarios.

• Torsión. Las fuerzas de torsión son las que hacen que una pieza tienda a retorcerse sobre su eje central. Están sometidos a esfuerzos de torsión los ejes, las manivelas y los cigüeñales.

FATIGA:

La fatiga de materiales se refiere a un fenómeno por el cual la rotura

de los materiales bajo cargas dinámicas cíclicas se produce más fácilmente

que con cargas estáticas. Aunque es un fenómeno que, sin definición formal,

era reconocido desde la antigüedad, este comportamiento no fue de interés

real hasta la Revolución Industrial, cuando, a mediados del siglo

XIX comenzaron a producir las fuerzas necesarias para provocar la rotura

con cargas dinámicas son muy inferiores a las necesarias en el caso

estático; y a desarrollar métodos de cálculo para el diseño de piezas

confiables. Este no es el caso de materiales de aparición reciente, para los

que es necesaria la fabricación y el ensayo de prototipos

FATIGA ESTÁTICA (CORROSIÓN-FATIGA):

La fatiga con corrosión ocurre por acción de una tensión cíclica y

ataque químico simultáneo. Lógicamente los medios corrosivos tienen una

influencia negativa y reducen la vida a fatiga, incluso la atmósfera normal

afecta a algunos materiales. A consecuencia pueden producirse pequeñas

fisuras o picaduras que se comportarán como concentradoras de tensiones

originando grietas. La de propagación también aumenta en el medio

corrosivo puesto que el medio corrosivo también corroerá el interior de la

grieta produciendo nuevos concentradores de tensión.

RIGIDEZ

la rigidez es la capacidad de un elemento estructural para soportar

esfuerzos sin adquirir grandes deformaciones y/o desplazamientos.

Los coeficientes de rigidez son magnitudes físicas que cuantifican la

rigidez de un elemento resistente bajo diversas configuraciones de carga.

Normalmente las rigideces se calculan como la razón entre una fuerza

aplicada y el desplazamiento obtenido por la aplicación de esa fuerza.

Para barras o vigas se habla así de rigidez axial, rigidez flexional,

rigidez torsional o rigidez frente a esfuerzos cortantes, etc.

RIGIDECES DE PRISMAS MECÁNICOS

El comportamiento elástico de una barra o prisma mecánico sometido a pequeñas deformaciones está determinado por 8 coeficientes elásticos. Estos coeficientes elásticos o flexibles depende de:

La sección transversal, cuanto más gruesa sea la sección más fuerza será necesaria para deformarla. Eso se refleja en la necesidad de usar cables más gruesos para arriostrar debidamente los mástiles de los barcos que son más largos, o que para hacer vigas más rígidas se necesiten vigas con mayor sección y más grandes.

El material del que esté fabricada la barra, si se frabrican dos barras de idénticas dimensiones geométricas, pero siendo una de acero y la otra de plástico la primera es más rígida porque el material tiene mayor módulo de Young (E).

La longitud de la barra elástica (L), fijadas las fuerzas sobre una barra estas producen deformaciones proporcionales a las fuerzas y a las dimensiones geométricas. Como los desplazamientos, acortamientos o alargamientos son proporcionales al producto de deformaciones por la longitud de la barra entre dos barras de la misma sección transversal y fabricadas del mismo material, la barra más larga sufrirá mayores desplazamientos y alargamientos, y por tanto mostrará menor resistencia absoluta a los cambios en las dimensiones.

Rigidez axial:

La rigidez axial de un prisma o barra recta, como por ejemplo una viga o un pilar es una medida de su capacidad para resistir intentos de alargamiento o acortamiento por la aplicación de cargas según su eje.

Rigidez flexional

La rigidez flexional de una barra recta es la relación entre el momento flector aplicado en uno de sus extremos y el ángulo girado por ese extremo al deformarse cuando la barra está empotrada en el otro extremo. Para barras rectas de sección uniforme existen dos coeficientes de rigidez según el momento flector esté dirigido según una u otra dirección principal de inercia.

Rigidez frente a cortante

La rigidez frente a cortante es la relación entre los desplazamientos verticales de un extremo de un viga y el esfuerzo cortante aplicado en los extremos para provocar dicho desplazamiento. En barras rectas de sección uniforme existen dos coeficientes de rigidez según cada una de las direcciones principales

Rigidez mixta flexión-cortante:

En general debido a las características peculiares de la flexión cuando

el momento flector no es constante sobre una taza prismática aparecen

también esfuerzos cortantes, eso hace al aplicar esfuerzos de flexión

aparezcan desplazamientos verticales y viceversa, cuando se fuerzas

desplazamientos verticales aparecen esfuerzos de flexión. Para representar

adecuadamente los desplazamientos lineales inducidos por la flexión, y los

giros angulares inducidos por el cortante.

Rigidez torsional:

La rigidez torsional en una barra recta de sección uniforme es la

relación entre el momento torsor aplicado en uno de sus extremos y el ángulo

girado por este extremo.

Rigidez de membrana

La rigidez de membrana es el equivalente bidimensional de la rigidez

axial en el caso de elementos lineales.

FLEXION

Se denomina flexión al tipo de deformación que presenta un elemento

estructural alargado en una dirección perpendicular a su eje longitudinal. El

término "alargado" se aplica cuando una dimensión es dominante frente a las

otras. Un caso típico son las vigas, las que están diseñadas para trabajar,

principalmente, por flexión. Igualmente, el concepto de flexión se extiende a

elementos estructurales superficiales como placas o láminas.

El rasgo más destacado es que un objeto sometido a flexión presenta

una superficie de puntos llamada fibra neutra tal que la distancia a lo largo de

cualquier curva contenida en ella no varía con respecto al valor antes de la

deformación. El esfuerzo que provoca la flexión se denomina momento

flector.

FLEXIÓN EN VIGAS Y ARCOS

Las vigas o arcos son elementos estructurales pensados para trabajar predominantemente en flexión. Geométricamente son prismas mecánicos cuya rigidez depende, entre otras cosas, del momento de inercia de la sección transversal de las vigas. Existen dos hipótesis cinemáticas comunes para representar la flexión de vigas y arcos:

• La hipótesis de Navier-Euler-Bernouilli: En ella las secciones transversales al eje baricéntrico se consideran en primera aproximación indeformables y se mantienen perpendiculares al mismo (que se curva) tras la deformación.

• La hipótesis de Timoshenko: En esta hipótesis se admite que las secciones transversales perpendiculares al eje baricéntrico pasen a formar un ángulo con ese eje baricéntrico por efecto del esfuerzo cortante.

TORSIÓN

Torsión es la solicitación que se presenta cuando se aplica un momento sobre el eje longitudinal de un elemento constructivo o prisma mecánico, como pueden ser ejes o, en general, elementos donde una dimensión predomina sobre las otras dos, aunque es posible encontrarla en situaciones diversas.

La torsión se caracteriza geométricamente porque cualquier curva paralela al eje de la pieza deja de estar contenida en el plano formado inicialmente por las dos curvas. En lugar de eso una curva paralela al eje se retuerce alrededor de él (ver torsión geométrica).

El estudio general de la torsión es complicado porque bajo ese tipo de solicitación la sección transversal de una pieza en general se caracteriza por dos fenómenos:

Aparecen tensiones tangenciales paralelas a la sección transversal. Si estas se representan por un campo vectorial sus líneas de flujo "circulan" alrededor de la sección.

Cuando las tensiones anteriores no están distribuidas adecuadamente, cosa que sucede siempre a menos que la sección tenga simetría circular, aparecen alabeos seccionales que hacen que las secciones transversales deformadas no sean planas.

El alabeo de la sección complica el cálculo de tensiones y deformaciones, y hace que el momento torsor pueda descomponerse en una parte asociada a torsión alabeada y una parte asociada a la llamada torsión de Saint-Venant. En función de la forma de la sección y la forma del alabeo, pueden usarse diversas aproximaciones más simples que el caso general.