Mat Const III

PROPIEDADES Y

COMPORTAMIENTO MECANICO

ESFUERZO

En general el esfuerzo se define como la fuerza aplicada por unidad de área, hay varios tipos de esfuerzos, como son, esfuerzos en tensión, compresión, corte y flexión. El esfuerzo se suele expresar en Pa (pascales) o en psi (libras por pulgada cuadrada).

DEFORMACIÓN UNITARIA

Se define como el cambio de dimensión por unidad de longitud. La deformación unitaria es adimensional y con frecuencia se expresa en pulg/pulg o en cm/cm.

Al describir el esfuerzo y la deformación unitaria es útil imaginar que el esfuerzo es la causa y la deformación unitaria el efecto. Los

esfuerzos de tensión y de corte se representan con los símbolos

y , respectivamente. Las deformaciones de tensión y de corte se

representan por los símbolos y , respectivamente.

DEFORMACIÓN ELÁSTICA Se define como una deformación restaurable debido a un esfuerzo aplicado; es decir, se presenta tan pronto como se aplica la fuerza, permanece mientras se aplica el esfuerzo y desaparece cuando se retira la fuerza.

DEFORMACIÓN PLÁSTICA

Es la deformación permanente de un material, en este caso cuando se retira el esfuerzo el material no regresa a su forma original.

ENSAYO DE TENSIÓN

ESFUERZO Y DEFORMACIÓN INGENIERILES

oA

FingenierilEsfuerzo _

ol

lingenierilnDeformació

_

En donde Ao es el área de la sección transversal original de la probeta antes de que comience el ensayo, lo es la distancia original entre las marcas de calibración y Δl es el cambio de longitud o elongación después de haber aplicado la fuerza F.

CURVA ESFUERZO - DEFORMACIÓN

CURVAS -

MODULO DE YOUNG O MODULO DE ELASTICIDAD (E)

RESISTENCIA A LA FLUENCIA

Límite elástico: es el valor crítico a partir del cual se inicia la

deformación plástica. (En metales, esfuerzo a partir del cual se

inicia el deslizamiento o movimiento de dislocaciones).

Límite de proporcionalidad: esfuerzo a partir del cual la

relación esfuerzo y deformación ingenieriles no es lineal.

RESISTENCIA A LA FLUENCIA

COMPORTAMIENTO ELASTICO (c

)2003 B

roo

ks/

Co

le, a

div

isio

n o

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ho

mso

n L

earn

ing,

Inc.

T

ho

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ing™

is

a tr

adem

ark u

sed h

erei

n u

nder

lic

ense

.

Para un esfuerzo determinado, el Aluminio se deforma elásticamente tres veces mas que el acero.

DUCTILIDAD

Es la cantidad de deformación que puede resistir un material sin romperse

ESFUERZO Y DEFORMACIÓN REALES

(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning™ is a trademark used herein under license.

INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA

Se emplea especialmente para probar materiales frágiles. Se aplica carga en tres puntos y se provoca la flexión, lo que genera esfuerzos de tensión y compresión en el centro.

ENSAYO DE FLEXIÓN


22

3

wh

FLflexión

Resistencia a la flexión para tres y cuatro puntos respectivamente:

2

1

4

3

wh

FLflexión

El modulo de flexión es:

3

3

4wh

FLE flexión

Donde es la deflexión o flecha de la viga

(c)2

003 B

roo

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Co

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ho

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ho

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nder

lic

ense

.

ENSAYO DE DUREZA

El ensayo de dureza mide la resistencia de un material a la penetración de un objeto duro.

D = diámetro de la bola d = diámetro de la huella

DUREZA BRINELL

DUREZA ROCKWELL

RELACIÓN ENTRE HB Y HRC

ENSAYO DE IMPACTO


(c)2

003 B

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.

ENSAYO DE TENSIÓN BARRA DE ALUMINIO

EJEMPLO

ENSAYO DE TENSIÓN BARRA DE ALUMINIO


EJEMPLO

Una varilla de Al debe resistir una F aplicada de 45000 libras. Para asegurar que haya la seguridad suficiente, el esfuerzo máximo en la barra se limita a 25000 psi. La varilla debe tener cuando menos 150 in de long, pero se debe deformar elásticamente cuando mucho 0.25 in al aplicarle la fuerza. Diseñe la varilla

Calcular área transversal

Diámetro mínimo

Deformación elástica admisible

EJEMPLO

Analizando la gráfica, para esta deformación unitaria el esfuerzo aproximado es 16670 psi, menor que el máximo de 25000 psi. Entonces, el área transversal mínima es:

Deformación elástica admisible

Para cumplir con los requerimientos de esfuerzo máximo y de alargamiento mín; la varilla debe tener un área transversal de 2.7 in2 y un diámetro mín de 1.85 in.

EJEMPLO

EJEMPLO Comparar el esfuerzo y la deformación ingenieriles y reales para la aleación de aluminio en carga máxima y fractura. El diámetro con la carga máxima 0.497 in y en la fractura 0.398 in:

EJEMPLO

1 libra (lb) = 4,448 newtons (N) 1 psi = 1 libra por pulgada cuadrada (lb/pulg2) 1 MPa = 1000000 Pa = 1 newton por milímetro cuadrado (N/mm2) 1 GPa = 1000 MPa 1 ksi = 1000 psi = 6,895 MPa

UNIDADES

PROBLEMAS

1. Se aplica una fuerza de 850 lb a un alambre de níquel de 0,15 pulg de diámetro, que tiene una resistencia de cedencia de 45000 psi y una resistencia a la tensión de 55000 psi. Determine (a) si el alambre se deformara en forma plástica y (b) si el alambre tendrá formación de cuello.

2. Calcule la fuerza máxima que puede resistir una varilla de 0,2 pulg de diámetro de Al2O3 con una resistencia a la fluencia de 35000 psi, sin deformación plástica, exprese su respuesta en libras.

3. Las dimensiones de una barra de polímero son 1 pulg X 2 pulg X 15 pulg. El polímero tiene un modulo de elasticidad de 600000 psi. ¿Qué fuerza se requiere para estirarla en forma elástica hasta 15,25 pulg?.

4. Un cable de acero tiene 1,25 pulg de diámetro y 50 pies de longitud, y con el se levanta una carga de 20 toneladas. ¿Cuál es la longitud del cable durante el izamiento? El modulo de elasticidad del acero es 30 X 106 psi.

5. El diámetro de 3 pulg de una barra de cobre se debe reducir a 2 pulg al pasarla por una abertura. Para tener en cuenta la deformación elástica, ¿Cuál debería ser el diámetro de la abertura? El modulo de elasticidad del cobre es 17 X 106 psi y la resistencia a la cedencia es 40000 psi.

6. Los siguientes datos se tomaron con espécimen de prueba de magnesio ( do= 12 mm y lo = 30 mm).

Carga (N) ∆l (mm)

0 0.0000

5000 0.0296

10000 0.0592

15000 0.0888

20000 0.15

25000 0.51

26500 0.90

27000 1.50 (carga máxima)

26500 2.10

25000 2.79 (fractura)

Después de la fractura, la longitud total era 32,61 mm y el diámetro, 11,74 mm. Grafique los datos y calcule: (a) La resistencia a la cedencia

con el criterio del 0,2% de deformación convencional.

(b)La resistencia a la tensión. (c) El modulo de elasticidad. (d)El % de alargamiento. (e) El % de reducción de área. (f) El esfuerzo ingenieril en la

fractura. (g)El esfuerzo real en la

fractura.

Mat Const III

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