ESFUERZO DEFORMACION FATIGA

FLEXION Y TORSION (CAPITULO I,II,III)

DENNYS MARCANO

INTRODUCCION

En la vida cotidiana todo cuerpo en algún momento debe soportar alguna fuerza aplicada, el estudio de ese esfuerzo y deformación.

En Ingeniería se seleccionan materiales para diversas aplicaciones y componentes adecuando las propiedades del material a las condiciones funcionales requeridas por el componente.

El primer paso en el proceso de selección requiere el análisis de la aplicación para determinar las características más importantes que debe poseer el material; una vez determinadas las propiedades requeridas, se selecciona el material adecuado usando datos que se encuentran en los manuales y bases de datos, entonces es ideal conocer acerca del esfuerzo y la deformación que sufren los diferentes tipos de materiales

CAPITULO I

ESFURZO-DEFORMACION

ESFUERZO

se define aquí 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 Tracción: Esfuerzo interno al que está

sometido un cuerpo por la aplicación de dos fuerzas que actúan en sentido opuesto, y tienden a estirarlo. Lógicamente, se considera que las tensiones que tiene cualquier sección perpendicular a dichas fuerzas son normales a esa sección, y poseen sentidos opuestos a las fuerzas que intentan alargar el cuerpo.

CISALLAMIENTOSe produce cuando se aplican fuerzas

perpendiculares a la pieza, haciendo que las

partículas del material tiendan a resbalar o

desplazarse las unas sobre las otras. Al cortar

con unas tijeras un papel estamos provocando

que unas partículas tiendan a deslizarse sobre

otras. Los puntos sobre los que apoyan las

vigas están sometidos a cizallamiento.

TORSIONLas 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 .Es la

multiplicación de la fuerza y la distancia más

corta entre el punto de aplicación de la fuerza y

el eje fijo.

COMPRESIONes la resultante de las tensiones o presiones

que existe dentro de un sólido deformable o

medio continuo. 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.

FLEXIONEs 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

DEFORMACIONSe define como el cambio de forma de un cuerpo, el cual se debe al esfuerzo, al cambio térmico, al cambio de humedad o a otras causas. En conjunción con el esfuerzo directo, la deformación se supone como un cambio lineal y se mide en unidades de longitud. En los ensayos de torsión se acostumbra medir la deformación cómo un ángulo de torsión (en ocasiones llamados detrusión) entre dos secciones especificadas. Cuando la deformación se define como el cambio por unidad de longitud en una dimensión lineal de un cuerpo, el cual va acompañado por un cambio de esfuerzo, se denomina deformación unitaria debida a un esfuerzo

TIPOS DE DEFORMACIONDeformación elástica:

cambio temporal de forma producido por una fuerza mecánica dentro del límite elástico (proporcional) del material bajo presión, recuperándose la forma y dimensión originales al eliminar la fuerza deformante. La fuerza, al estar por debajo del límite proporcional, hace que los átomos del enrejado cristalino se desplacen sólo en valores tales que, al disminuir a que élla, vuelvan a su posición original

DEFORMACION PLASTICAcambio permanente de forma o dimensión

debido a una fuerza mecánica mayor que el

límite elástico(proporcional) del material bajo

presión, que no recupera su forma original al

eliminar la fuerza deformante. La fuerza que

excede el límite proporcional, hace que los

átomos del enrejado cristalino se desplacen

hasta el punto de no poder volver más a su

posición original

EJERCICIOS

ESFUERZO Y DEFORMACION

CAPITULO II

FLEXION Y FATIGA

FLEXION

En ingeniería 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.

MOMENTO FLECTOR

momento flector un momento de fuerza resultante de una distribución de tensiones sobre una sección transversal de un prisma mecánico flexionado o una placa que es perpendicular al eje longitudinal a lo largo del que se produce la flexión. o Es una solicitación típica en vigas y pilares y también en losas ya que todos estos elementos suelen deformarse predominantemente por flexión. El momento flector puede aparecer cuando se someten estos elementos a la acción un momento (torque) o también de fuerzas puntuales o distribuidas.

DEFORMACIONES EN UN

ELEMENTO SIMÉTRICO SOMETIDO

A FLEXIÓN Las deformaciones de un elemento prismático que posee un

plano de simetría esta sometido en sus extremos a pares iguales y opuestos M y M’ que actúan en el plano de simetría.

El elemento se flexionará bajo la acción de los pares, pero permanecerá simétrico con respecto a dicho plano como se mostrará en la siguiente figura. Además, como el momento flector M es cualquier sección, el elemento se flexionara de manera uniforme. Así, la línea de intersección AB entre la cara superior del elemento y el plano de los pares tendrá una curvatura constante.

Es decir, la línea AB, que era originalmente recta, se transformará en un circulo de centro C.

EJERCICIO

FATIGASe define como el deterioro de un material por acción de ciclos

repetidos de esfuerzo y deformación, lo que resulta en un agrietamiento progresivo que finalmente produce la fractura.

La naturaleza de esta falla resulta del hecho de que existen regiones microscópicas, normalmente en la superficie del miembro, donde el esfuerzo local es mucho más grande que el esfuerzo promedio que actúa en la sección transversal. Cuando este esfuerzo mas grande se aplica en forma cíclica, conduce a la formación de grietas diminutas. La presencia de estas grietas provoca un aumento posterior del esfuerzo en sus puntas o fronteras, lo cual a su vez ocasiona una extensión posterior de las grietas en el material cuando el esfuerzo continúa ejerciendo su acción.

FASES DE UN FALLO POR

FATIGAINICIACIÓN : Una o más grietas se desarrollan en el material. Las grietas pueden aparecer en cualquier punto del material pero en general ocurren alrededor de alguna fuente de concentración de tensión y en la superficie exterior donde las fluctuaciones de tensión son más elevadas.

PROPAGACIÓN :Alguna o todas las grietas crecen por efecto de las cargas.

ROTURA: La pieza continúa deteriorándose por el crecimiento de la grieta quedando tan reducida la sección neta de la pieza que es incapaz de resistir la carga desde un punto de vista estático produciéndose la rotura por fatiga.

DIAGRAMA S-NDIAGRAMA S-N Con el objeto de especificar una resistencia segura para un material metálico bajo carga repetida, es necesario determinar un limite por debajo del cual no pueda ser detectada una evidencia de falla después de haber aplicado una carga durante un numero determinado de ciclos. Este esfuerzo limitante se llama limite de fatiga o, mas propiamente, limite de resistencia a la fatiga el cual es aquel esfuerzo para la cual la gráfica S-N se vuelve horizontal o asintótica. Usando una máquina de ensayos para este propósito, una serie de muestras son sometidas a un esfuerzo específico aplicado cíclicamente hasta su falla. Los resultados se trazan en una gráfica que represente el esfuerzo S como ordenada y el número de ciclos N a la falla como abscisa. Esta gráfica se llama diagrama S-N, o diagrama esfuerzos-ciclos.

EJERCICIO

CAPITULO III

TORSION

TORSION

TORSION La torsión es el efecto producido por

aplicar fuerzas paralelas de igual magnitud pero

en sentido opuesto en el mismo sólido.

Ejemplo: cuando se exprime un coleto, al girar

la perilla de una puerta, el movimiento

transmitido por el volante al árbol de levas, al

apretar un tornillo ,etc

FORMULA DE TORSION

Diagrama momentos de torsión Al aplicar las ecuaciones de la estática, en el empotramiento se producirá un momento torsión igual y de sentido contrario a T. Si cortamos el eje por 1-1 y nos quedamos con la parte de abajo, para que este trozo de eje este en equilibrio, en la sección 1-1 debe existir un momento torsión igual y de sentido contrario. Por tanto en cualquier sección de este eje existe un momento torsión T.

Torsión general: En el caso general se puede demostrar que el giro relativo de una sección no es constante y no coincide tampoco con la función de alabeo unitario.

Torsión de Saint-Venant pura Es aplicable a piezas prismáticas de gran inercia torsional con cualquier forma de sección, en esta simplificación se asume que el llamado momento de alabeo es nulo, lo cual no significa que el alabeo seccional también lo sea.

EJERCICI

O

CONCLUSIONLos materiales, en su totalidad, se deforman a una carga externa. Se sabeademás que, hasta cierta carga límite el sólido recobra sus dimensionesoriginal es cuando se le descarga. La recuperación de las dimensionesoriginales al eliminarla carga es lo que caracteriza al comportamientoelástico. La carga límite por encima de la cual ya no se comportaelásticamente es el límite elástico. Al sobrepasar el límite elástico, el cuerposufre cierta deformación permanente al ser descargado, se dice entoncesque ha sufrido deformación plástica.

El comportamiento general de los materiales bajo carga se puede clasificarcomo dúctil o frágil según que el material muestre o no capacidad para sufrirdeformación plástica. Los materiales dúctiles exhiben una curva Esfuerzo -Deformación que llega a su máximo en el punto de resistencia a la tensión.En materiales más frágiles, la carga máxima o resistencia a la tensión ocurreen el punto de falla. En materiales extremadamente frágiles, como loscerámicos, el esfuerzo de fluencia, la resistencia a la tensión y el esfuerzode ruptura son iguales.