Primer parcial materiales de Ingeniera (20%)Mayo 2 de 2012Nombre 1: _________________________________________________ID:___________________Nombre 2: _________________________________________________ID:___________________1) (70%) Una barra de torsin es un dispositivo con muchas aplicaciones, entre ellas sirve como suspensin de un vehculo (resorte), tal como se muestra en la figura 1. La figura 2 muestra una simplificacin del dispositivo y en la tabla 1 estn las ecuaciones para el clculo de esfuerzos y deformaciones.Figura 2P= Fuerza, T= Torque producto de la fuerza, D= Dimetro de la barra, L =Longitud de la barra, G= Mdulo de rigidez, R= brazo del torqueKa= Rigidez angular de la barra=P/,

Figura 1

= esfuerzo de torsin mximo permisible del material de la barra

Tabla 1

En este ejercicio usted ser un Lego designera) 40%) Seleccione el material para la barra de torsin del dispositivo mostrado en el video, con el objetivo de minimizar el costo de produccin y asumiendo que: P=300g, L=5cm, =20, D=5mm, adems considere todas las restricciones necesarias desde las propiedades, comportamiento y proceso de manufactura de la componente.b) 30%) Comparado con el PTFE (teflon) que porcentaje de ahorro en precio obtendra? 2) 30%) De qu forma podra controlar la rigidez de esta suspensin. Explique su respuesta desde el punto de vista microestructural y geomtrico.

SOLUCIONSe debe establecer las propiedades necesarias para que el dispositivo funcione adecuadamente. En este caso se debe controlar la rigidez del resorte, utilizando la ecuaciones:

, G GPaDELTA /mP/ NR /mL/mDIAM/mtheta/ radmax cortante Gpa

0,10,00530,0150,050,0050,349065851,8

Y los datos geomtricos y de carga se obtiene (Suponiendo que se pueda aplicar el criterio de tresca, la falla ocurre cuando ) Sabemos que es un polmero as que la bsqueda se limit a polmeros que se dejen extruir y que sean reciclables.

Finalmente con la ecuacin masa=densidad*Volumen y la ecuacin, se puede probar que el ndice de mnimo precio con una rigidez determinada es: m=(COP/Kg)*densidad/mdulo de cortante. Graficando esto en CES en escala logartmica colocando una pendiente de seleccin igual a 1 se obtiene los materiales mostrados en la figura y de los cuales el ms adecuado es el polietileno (ver la ficha tcnica).d el mismo grfico se puede concluir que el PTFE resulta dos rdenes de magnitud ms caro que el PTFE. Cabe anotar que el PTFE pasa los dems criterios de seleccin

Las propiedades del material, en particular su rigidez como la de cualquier polmero puede ser modificada mediante procesos de alineamiento de cadenas polimricas (i.e. por ejemplo extrusin) , adicionando reforzantes y/o cargas (talco, carbonato de calcio, fibra de vidrio molida, etc). La rigidez de la componente se puede modificar con la geometra, al mirar la ecuacin: se concluye que al aumentar el dimetro de la componente se aumenta la rigidez (disminuye el ngulo de distorsin), el mismo efecto se logra disminuyendo la longitud.

JM.