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MECANISMOS Y ELEMENTOS DE MÁQUINAS – IMPACTO Cuando las fuerzas son aplicadas mediante choque o impacto, las tensiones provocadas son generalmente un múltiplo de lo que valdrían si aquellas fuerzas hubiesen actuado estáticamente. Una diferencia importante entre la carga estática y la de impacto es que las partes con carga estática deben diseñarse para soportar cargas, en tanto que las partes sujetas a impacto deben diseñarse para absorber energía. La duración de un impacto puede ser muy corta pero induce vibraciones que afectan la magnitud de los esfuerzos inducidos. Si la carga se aplica con lentitud suficiente puede considerarse como estática. La forma de distinguir entre carga de impacto y estática es comparar el tiempo requerido para aplicar la carga con el período natural de vibración del cuerpo incidido, cuando el primero es mayor que tres veces el segundo se considera despreciable el efecto de impacto.
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MECANISMOS Y ELEMENTOS DE MÁQUINAS – IMPACTO
Cuando las fuerzas son aplicadas mediante choque o impacto, las tensionesprovocadas son generalmente un múltiplo de lo que valdrían si aquellas fuerzashubiesen actuado estáticamente.
Una diferencia importante entre la carga estática y la de impacto es que las partescon carga estática deben diseñarse para soportar cargas, en tanto que las partessujetas a impacto deben diseñarse para absorber energía.
La duración de un impacto puede ser muy corta pero induce vibraciones queafectan la magnitud de los esfuerzos inducidos. Si la carga se aplica con lentitudsuficiente puede considerarse como estática. La forma de distinguir entre carga deimpacto y estática es comparar el tiempo requerido para aplicar la carga con elperíodo natural de vibración del cuerpo incidido, cuando el primero es mayor quetres veces el segundo se considera despreciable el efecto de impacto.
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El método usual de tratar los problemas de impacto es aplicar las leyes deconservación de la energía: energía cedida por el cuerpo que actúa de carga es igual ala energía absorbida por el cuerpo cargado
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La figura muestra una versión idealizada de una masa en caídalibre (de peso W) que golpea una estructura (esta se presentapor un resorte, lo cual es apropiado debido a que todas lasestructuras tienen cierta elasticidad.)
En la figura anterior, la masa que cae tiene (en el campogravitacional) un peso, W (N o lb). Se supone que la estructuraresponde al impacto en forma elástica, con una constante deelasticidad k (N/m ó lb/in). El valor máximo de la deflexióndebida al impacto es δ (m ó in). Fe se define como una fuerzaestática equivalente que produciría la misma deflexión, δ; esdecir, Fe = kδ.
La deflexión estática que existe después deque se ha amortiguado la energía y que elpeso alcanza el reposo en la estructura sedenomina por δst, donde δst =W/k.
Hay que igualar la energía potencial dada porla masa que cae con la energía elásticaabsorbida por el resorte (estructura).
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La capacidad de absorción elástica de energía porunidad de volumen de un material es igual al área bajola porción elástica del diagrama esfuerzo-deformación yse llama módulo de elasticidad del material (resiliencia).La capacidad total de absorción de energía en tensiónpor unidad de volumen del material es igual al área totalbajo la curva de esfuerzo-deformación (extendiéndose ala fractura) y, algunas veces, se llama módulo detenacidad del material.
δ = Fe L / A E
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La masa que cae tiene un peso, W (N). Se supone que la estructura responde alimpacto en forma elástica, con una constante de elasticidad k (N/m). El valormáximo de la deflexión debida al impacto es δ (m). Fe se define como una fuerzaestática equivalente que produciría la misma deflexión, δ; es decir, Fe = kδ.
Al igualar la energía potencial dada por la masa que cae con la energíaelástica absorbida por el resorte (estructura), se tiene:
(a)
El término entre paréntesis se llama factor de impacto. Esel factor para el cual la carga, esfuerzo y deflexióncausados por el peso aplicado en forma dinámica, W,excede a aquellos causados por la aplicación lenta,estática del mismo peso:
Como δest = W L / A E Coef. Dinámico = 1 + √ ( 1 + 2 h A E / W L )
Se ve la influencia de la rigidez (AE/L) en el impacto.La reducción de la distancia h a cero muestra el caso especial de unacarga aplicada en forma repentina, para la cual el factor de impacto esigual a 2.
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Ub = 5/8 Ua
σu = σa / 4 ; Vu = 2 Va
σl = σa ; Vl = Va / 2
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Energías de deformación
U =
Tracción:
Torsión:
Flexión (empotrada):
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Energía traslación
Energía rotación ωI
mv
Energía potencial mgH
Energías de Movimiento
MECANISMOS Y ELEMENTOS DE MÁQUINAS – Conc. de Tensiones
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