INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO

“SANTIAGO MARIÑO”

EXTENSIÓN PORLAMAR

Esfuerzo y deformación

Realizado por:Wilmer Zabala C.I: 25,807329

El origen de la mecánica de materiales data de principios del siglo XVII, cuando galileo llevo a cabo experimentos para estudiar los efectos de las cargas en barras y vigas de diversos materiales. Sin embargo, para alcanzar un entendimiento apropiado de tales efectos fue necesario establecer descripciones experimentales precisas de las propiedades mecánica de un material. Los métodos para hacer esto fueron mejorando considerablemente a principios del siglo XVIII

Origen:

En aquel tiempo el estudio tanto experimental como teórico de esta materia fue emprendido, principalmente en Francia, por personalidades como Saint-Venant, Poisson, Lamé y Navier. Debido a que sus investigaciones se basaron en aplicaciones de la mecánica a los cuerpos materiales, llamaron a este estudio “resistencia de los materiales”. Sin embargo, hoy en día llamamos a lo mismo “mecánica de los cuerpos deformables” o simplemente “mecánica de los materiales”.

Los ingenieros de materiales y los metalúrgicos, por otro lado, dirigen sus esfuerzos a producir y conformar materiales que puedan soportar las condiciones de servicio predichas por el análisis de tensiones esto necesaria mente implica un conocimiento de la relación entre la microestructura de los materiales y sus propiedades mecánicas. Para lograr estudiar todos estos acontecimientos que puedan ocurrir en piezas a construir utilizaremos el estudio de el esfuerzo.

Esfuerzo: Esfuerzo es la resistencia que ofrece un área del material del que

está hecho un miembro para una carga aplicada externa

Denotado con el signo: Mediante esta formula se estudia la deformación de un mterial

antes de ser llevado a producción para su desarrollo

Características de los esfuerzos y deformaciones

Deformaciones elásticas

La mayoría de las propiedades de los aceros que son de interés para los ingenieros se pueden obtener directamente de sus curvas de esfuerzo deformación. Tales características importantes como el límite elástico proporcional, el punto de fluencia, la resistencia, la ductilidad y las propiedades de endurecimiento por deformación son evidentes de inmediato.

Deformación plástica, irreversible o permanente:

Modo de deformación en que el material no regresa a su forma original después de retirar la carga aplicada. Esto sucede porque, en la deformación plástica, el material experimenta cambios termodinámicos irreversibles al adquirir mayor energía potencial elástica. La deformación plástica es lo contrario a la deformación reversible.

Importancia del esfuerzo y deformación

Este conocimiento es de gran importancia ya que, al diseñar, se puede estimar el esfuerzo de fluenciaresultante de la pieza fabricada mediante deformación plástica. Sin embargo, la discrepancia de los valores calculados del esfuerzo de fluencia, con respecto a los experimentales, ha sido motivo de estudio debido a su importancia en el diseño ingenieril.

La mecánica de materiales interviene de manera destacada en todas las ramas de la ingeniería. Sus métodos son necesarios para los diseñadores de todo tipo de estructuras y máquinas; en consecuencia, es una de las asignaturas fundamentales de un plan de estudios de ingeniería. El conocimiento obtenido en los últimos tres siglos junto con las teorías y técnicas de análisis desarrolladas, permiten al moderno ingeniero diseñar estructuras seguras y funcionales de tamaño y complejidad sin precedentes, teniendo en cuenta tres requisitos indispensables: resistencia, rigidez y estabilidad de los diversos elementos soportadores de carga.

Este diagrama generalizado, es un ejemplo de un material dúctil, es decir, que el material fluye después de un cierto punto, llamado punto de fluencia. La ley de Hooke solo es aplicable para la zona elástica, que es la zona que está antes del punto de fluencia, zona donde el material tiene una relación de proporcionalidad del esfuerzo y la deformación unitaria.

Diagrama esfuerzo – deformaciòn

Para entender a la perfección el comportamiento de la curva Esfuerzo-Deformación unitaria, se debe tener claro los conceptos que hacen referencia a las propiedades  mecánicas de los materiales que describen como se comporta un material cuando se le aplican fuerzas externas, y a las diferentes clases de estas mismas a las cuales pueden ser sometidos.

Tipos de fuerza

Fuerzas de tensión o tracción: La fuerza aplicada intenta estirar el material a lo largo de su línea de acción

Fuerza de Flexión: Las fuerzas externas actúan sobre el cuerpo tratando de “doblarlo”, alargando unas fibras internas y acortando otras.

 Fuerzas de compresión:  La Fuerza aplicada intenta comprimir o acotar al material a lo largo de su línea de acción.

Fuerza de Cizalladora o cortadura: Las fuerzas actúan en sentidos contrarios sobre dos planos

contiguos del cuerpo, tratando de producir el deslizamiento de uno con respecto al otro.

Fuerza en torsión: la fuerza externa aplicada intenta torcer al material. la fuerza externa recibe el nombre de torque o  momento de torsión.

practica Ejercicio Resuelto: Dos (02) Barras de Acero soportan una carga

“P” de 30 kN. La sección de la Barra AB es de 300 mm2 y la de la sección BC es de terminar el alargamiento producido por una fuerza de 500 mm2. Suponga E= 200 GPa. Determinar el desplazamiento vertical y horizontal en el Punto “B”

Solución del Problema propuesto: Se procede a calcular las fuerzas que genera la carga aplicada en el

nodo “B” en las barras AB y BC:

Procedemos a realizar el DCL

RBA

RBC

P= 30.000 kg

NODO “B”α

Solución del Problema propuesto: Se procede a calcular los valores que se producen por el ángulo:

sen α = 3/5 y cos α = 4/5; luego aplicamos los sistemas de ecuaciones de equilibrio estático

ΣFH = 0; RBAxcos α – RBC = 0;

ΣFV = 0; RBAxsenα = 30.000 kg; de donde

RBA = 30.000 kg*5/3 = 50.000 kg.

sustituyendo 50.000 kg x 4/5 = RBC => RBC = 40.000 kg

Solución del Problema propuesto: Si aplicamos la expresión para deformación donde

δ = PxL/AxE:

nos queda que

δBA= 50.000 kg x 5000 mm/ (300 x 10-6)x (200x109)=>

δBA= 4.17 mm; y

δBC = 40.000 kg x 4000 mm/ (500x10-6)x(200x109)=>

δBC = 1.6 mm