INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITECNICO SANTIAGO MARIÑO EXTENSION PORLAMAR

MATERIA: ELEMENTO DE MAQUINA

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

R e a l i z a d o p o r :

J e n n i s R e n g e l

C I : 2 2 . 8 9 0 . 1 3 3

P r o f e s o r : I n g . J u l i a n C a r n e i r o

ESFUERZO

  En física e ingeniería, se denomina tensión mecánica al valor de la distribución de fuerza por unidad de área en el entorno de un punto material dentro de un cuerpo material o medio continuo . Un caso particular es el de tensión uniaxial . A la que se le llama también esfuerzo simple, es la fuerza por unidad de área que soporta un material, que se denota con la σ.

σ = Esfuerzo o fuerza por unidad de área (valor medio).

P =Carga aplicada.

A = Área de sección transversal

SECCIÓN TRANSVERSALLa expresión σ = P/A representa el esfuerzo promedio en toda la sección transversal “A”Es decir

que en la sección transversal A existen puntos en donde el esfuerzo σ es mayor y existen puntos en donde el esfuerzo σ es menor. Siendo las unidades [Pa] (pascal = [N/m²]), [MPa] = 10 6

[Pa] (y también [kp/cm²]).La situación anterior puede extenderse a situaciones más complicadas con fuerzas no distribuidas uniformemente en el interior de un cuerpo de geometría más o menos compleja. En ese caso la tensión mecánica no puede ser representada por un escalar. Considerando la figura de la izquierda tenemos: σ

es constante en todos los puntos de la sección transversal. Entonces, una expresión más exacta del esfuerzo en cualquier punto de la sección A sería: σ = dP/dA

ESFUERZOS NORMALES AXIALES

Son los esfuerzos internos o resultantes de las tensiones perpendiculares (normales) a la sección transversal de un prisma mecánico. Este tipo de solicitación formado por tensiones paralelas está directamente asociado a la tensión normal.

ESFUERZO CORTANTEEl 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. Se designa variadamente como T, V o Q.

Este tipo de solicitación formado por tensiones paralelas está directamente asociado a la tensión cortante. Para una pieza prismática se relaciona con la tensión cortante mediante la relación:

DEFORMACIÓN

Es el cambio en el tamaño o forma de un cuerpo debido a la aplicación de una o más fuerzas sobre el mismo o la ocurrencia de dilatación térmica. La magnitud más simple para medir la deformación es lo que en ingeniería se llama deformación axial o deformación unitaria se define como el cambio de longitud por unidad de longitud: Donde es la longitud inicial de la zona en estudio y la longitud final o deformada. Es útil para expresar los cambios de longitud de un cable o un prisma mecánico. La Deformación Unitaria se obtiene dividiendo el cambio en la longitud = L – Lo entre la longitud inicial.

ENSAYO DE TRACCIÓN

El ensayo de tracción' o ensayo a la tensión de un material consiste en someter a una probeta normalizada a un esfuerzo axial de tracción creciente hasta que se produce la rotura de la probeta. Este ensayo mide la resistencia de un material a una fuerza estática o aplicada lentamente. Las velocidades de deformación en un ensayo de tensión suelen ser muy pequeñas (ε = 10–4 a 10–2 s–1).

En un ensayo de tracción pueden determinarse diversas características de los materiales elásticos:

Estricción

Modulo de Elasticidad

Coeficiente de poisson

Limite de proporcionalidad

Limite de fluencia

Limite elástico

Carga de rotura

Alargamiento de rotura Probeta de cobre durante el ensayo de tracción. Probeta de cobre fracturada después del ensayo de tracción.

TIPOS DE DEFORMACIÓN Deformaciones elásticas:

Las deformaciones se reparten a lo largo de la probeta, son de pequeña magnitud y, si se retirara la carga aplicada, la probeta recuperaría su forma inicial. El coeficiente de proporcionalidad entre la tensión y la deformación se denomina módulo de elasticidad o de Young y es característico del material. Así, todos los aceros tienen el mismo módulo de elasticidad aunque sus resistencias puedan ser muy diferentes. La tensión más elevada que se alcanza en esta región se denomina límite de fluencia y es el que marca la aparición de este fenómeno. Pueden existir dos zonas de deformación elástica, la primera recta y la segunda curva, siendo el límite de proporcionalidad el valor de la tensión que marca la transición entre ambas. Generalmente, este último valor carece de interés práctico y se define entonces un límite elástico (convencional o práctico) como aquél para el que se produce un alargamiento prefijado de antemano (0,2%, 0,1%, etc.). Se obtiene trazando una recta paralela al tramo proporcional (recto) con una deformación inicial igual a la convencional.

TIPOS DE DEFORMACIÓN

Deformaciones plásticas: si se retira la carga aplicada en dicha zona, la probeta recupera sólo parcialmente su forma quedando deformada permanentemente. Las deformaciones en esta región son más acusadas que en la zona elástica.

TIPOS DE DEFORMACIÓN

Comportamiento viscoso: que se produce cuando la velocidad de deformación entra en la ecuación constitutiva, típicamente para deformar con mayor velocidad de deformación es necesario aplicar más tensión que para obtener la misma deformación con menor velocidad de deformación pero aplicada más tiempo. Aquí se pueden distinguir los siguientes modelos.

Visco-elástico, en que las deformaciones elásticas son reversibles. Para velocidades de deformaciones arbitrariamente pequeñas este modelo tiende a un modelo de comportamiento elástico.

Visco-plástico, que incluye tanto el desfasaje entre tensión y deformación por efecto de la viscosidad como la posible aparición de deformaciones plásticas irreversibles.

DIAGRAMA DE ESFUERZO Y DEFORMACIÓN

EJERCICIOS

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