Esfuerzo, Deformación, Fundamentos de la estática y torsión

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Realizado por:Joselys SalazarC.I: 22.653.955Ing. Industrial

Esfuerzo, Deformacin, Fundamentos de la esttica y torsinEsfuerzoLas fuerzas internas de un elemento estn ubicadas dentro del material por lo que se distribuyen en toda el rea; justamente se denomina esfuerzo a la fuerza por unidad de rea, la cual se denota con la letra griega sigma () y es un parmetro que permite comparar la resistencia de dos materiales, ya que establece una base comn de referencia.

Tipos de EsfuerzoTraccin: Hace que se separen entre s las distintas partculas que componen una pieza, tendiendo a alargarla. Por ejemplo, cuando se cuelga de una cadena una lmpara, la cadena queda sometida a un esfuerzo de traccin, tendiendo a aumentar su longitud.

Compresin: Hace que se aproximen las diferentes partculas de un material, tendiendo a producir acortamientos o aplastamientos. Cuando nos sentamos en una silla, sometemos a las patas a un esfuerzo de compresin, con lo que tiende a disminuir su altura.Flexin: Es una combinacin de compresin y de traccin. Mientras que las fibras superiores de la pieza sometida a un esfuerzo de flexin se alargan, las inferiores se acortan, o viceversa. Al saltar en la tabla del trampoln de una piscina, la tabla se flexiona. Tambin se flexiona un panel de una estantera cuando se carga de libros o la barra donde se cuelgan las perchas en los armarios.Cizallamiento o cortadura: Se produce cuando se aplican fuerzas perpendiculares a la pieza, haciendo que las partculas del material tiendan a resbalar o desplazarse las unas sobre las otras. Al cortar con unas tijeras un papel estamos provocando que unas partculas tiendan a deslizarse sobre otras. Los puntos sobre los que apoyan las vigas estn sometidos a cizallamiento.Torsin: Las fuerzas de torsin son las que hacen que una pieza tienda a retorcerse sobre su eje central. Estn sometidos a esfuerzos de torsin los ejes, las manivelas y los cigeales.

Se define como la capacidad torsin de objetos en rotacin alrededor de un eje fijo. En otras palabras, es la multiplicacin de la fuerza y la distancia ms corta entre el punto de aplicacin de la fuerza y el eje fijo. De la definicin, tambin se puede inferir que, el par es una cantidad vectorial que tiene tanto la direccin como en magnitud. Sin embargo, ya que est girando alrededor de un eje fijo de su direccin puede ser en sentido horario o antihorario. Durante las explicaciones y ejemplos que dan la direccin "+" si se gira hacia la derecha y "-" si se gira hacia la izquierda. El par se muestra en la fsica con el smbolo "". Usted puede venir a travs torsin con otro nombre "momento"Esfuerzo de torsin

DeformacinSon consecuencia de procesos mecnicos, a partir de fuerzas externas o internas que afectan a las caractersticas mecnicas de los elementos constructivos. En el caso de las deformaciones, son una primera reaccin del elemento a una fuerza externa, al tratar de adaptarse a ella.

Tipos de DeformacinDependiendo del tipo de material, el tamao y la geometra del objeto, y las fuerzas aplicadas, varios tipos de deformacin pueden resultar. La imagen de la derecha muestra el esfuerzo de ingeniera vs diagrama de deformacin para un material dctil tpica tal como el acero. Diferentes modos de deformacin pueden ocurrir en diferentes condiciones, como se puede describir en base a un mapa mecanismo de deformacin.Deformacin elsticaEste tipo de deformacin es reversible. Una vez que ya no se aplican las fuerzas, el objeto vuelve a su forma original. Elastmeros y metales con memoria de forma tales como Nitinol exhiben grandes rangos de deformacin elstica, como el caucho. Sin embargo elasticidad es no lineal en estos materiales. Metales normales, cermica y la mayora de los cristales muestran elasticidad lineal y una zona elstica pequea.

Deformacin plsticaEste tipo de deformacin es irreversible. Sin embargo, un objeto en el rango de deformacin plstica primero se ha sometido a deformacin elstica, que es reversible, por lo que el objeto volver forma parte a su forma original. Termoplsticos blandos tienen una gama bastante grande deformacin plstica como hacer metales dctiles tales como el cobre, la plata, y oro. Acero tambin lo hace, pero no es de hierro fundido. Plsticos duros termoestables, caucho, cristales, y cermicas tienen rangos de deformacin plstica mnimos. Un material con un amplio rango de deformacin plstica es la goma de mascar en hmedo, que puede ser estirado decenas de veces su longitud original.

EjercicioFundamentos de esttica Fatiga de los MaterialesSe refiere a un fenmeno por el cual la rotura de los materiales bajo cargas dinmicas cclicas se produce ms fcilmente que con cargas estticas. Aunque es un fenmeno que, sin definicin formal, era reconocido desde la antigedad, este comportamiento no fue de inters real hasta la Revolucin Industrial, cuando, a mediados del siglo XIX comenzaron a producir las fuerzas necesarias para provocar la rotura con cargas dinmicas son muy inferiores a las necesarias en el caso esttico; y a desarrollar mtodos de clculo para el diseo de piezas confiables. Este no es el caso de materiales de aparicin reciente, para los que es necesaria la fabricacin y el ensayo de prototipos.

La rotura tiene su origen en pequeos defectos CONCENTRADORES de tensin.

Cada uno de los ciclos produce un avance del frente de grieta hasta que la seccin remanente NO ES CAPAZ DE SOPORTAR la carga esttica.

El inicio y la propagacin de la grieta dependen fuertemente de las caractersticas resistentes del material, de su estructura cristalina y del tratamiento a que se somete en su proceso de fabricacin.

El colapso por fatiga, en su inicio, es un fenmeno SUPERFICIAL y su avance depende del nivel de tensin aplicado.Caractersticas de una rotura por fatiga

La Falla por Fatiga es repentina y total, las seales son microscpicas. En las Fallas estticas las piezas sufren una deformacin detectable a simple vista. Para evitar la falla por fatiga se pueden aumentar considerablemente los factores de seguridad, pero esto implicara aumentar ostensiblemente los costos de fabricacin de las piezas. SEALES DE FATIGA Curvas S-NEstas curvas se obtienen a travs de una serie de ensayos donde una probeta del material se somete a tensiones cclicas con una amplitud mxima relativamente grande (aproximadamente 2/3 de la resistencia esttica a traccin). Se cuentan los ciclos hasta rotura. Este procedimiento se repite en otras probetas a amplitudes mximas decrecientes.

Fatiga Trmica se induce normalmente a temperaturas elevadas debido a tensiones trmicas fluctuantes; no es necesario que estn presentes tensiones mecnicas de origen externo. La causa de estas tensiones trmicas es la restriccin a la dilatacin y o contraccin que normalmente ocurren en piezas estructurales sometidas a variaciones de temperatura. La magnitud de la tensin trmica resultante debido a un cambio de temperatura depende del coeficiente de dilatacin trmica y del mdulo de elasticidad. Se rige por la siguiente expresin:

Fatiga Esttica Ocurre por accin de una tensin cclica y ataque qumico simultneo. Lgicamente los medios corrosivos tienen una influencia negativa y reducen la vida a fatiga, incluso la atmsfera normal afecta a algunos materiales. A consecuencia pueden producirse pequeas fisuras o picaduras que se comportarn como concentradoras de tensiones originando grietas. La de propagacin tambin aumenta en el medio corrosivo puesto que el medio corrosivo tambin corroer el interior de la grieta produciendo nuevos concentradores de tensin.

EjercicioTorsin Es la solicitacin que se presenta cuando se aplica un momento sobre el eje longitudinal de un elemento constructivo o prisma mecnico, como pueden ser ejes o, en general, elementos donde una dimensin predomina sobre las otras dos, aunque es posible encontrarla en situaciones diversas.

La torsin se caracteriza geomtricamente porque cualquier curva paralela al eje de la pieza deja de estar contenida en el plano formado inicialmente por las dos curvas. En lugar de eso una curva paralela al eje se retuerce alrededor de l.

El estudio general de la torsin es complicado porque bajo ese tipo de solicitacin la seccin transversal de una pieza en general se caracteriza por dos fenmenos:

1: Aparecen tensiones tangenciales paralelas a la seccin transversal. Si estas se representan por un campo vectorial sus lneas de flujo "circulan" alrededor de la seccin.

2:Cuando las tensiones anteriores no estn distribuidas adecuadamente, cosa que sucede siempre a menos que la seccin tenga simetra circular, aparecen alabeos seccionales que hacen que las secciones transversales deformadas no sean planas.Estudio General

CaractersticaLa torsin se caracteriza geomtricamente porque cualquier curva paralela al eje de la pieza deja de estar contenida en el plano formado inicialmente por las dos curvas. En lugar de eso una curva paralela al eje se retuerce alrededor de l mismo.

Torsin de Saint-Venant pura.Es aplicable a piezas prismticas de gran inercia torsional con cualquier forma de seccin, en esta simplificacin se asume que el llamado momento de alabeo es nulo, lo cual no significa que el alabeo seccional tambin lo sea. Torsin alabeada puraPara piezas de muy escasa inercia torsional, como las piezas de pared delgada, puede construirse un conjunto de ecuaciones muy simples en la que casi toda la resistencia a la torsin se debe a las tensiones cortantes inducidas por el alabeo de la seccin. Tipos de Torsin En el dominio de torsin de Saint-Venant dominante y de torsin alabeada dominante, pueden emplearse con cierto grado de aproximacin la teora de Sant-Venant y la teora de torsin alabeada. Sin embargo en el dominio central de torsin extrema, se cometen errores importantes y es necesario usar la teora general ms complicada.Torsin mixta

Cuando un rbol de seccin circular es sometido a Torsin, debe cumplir lo siguiente:

Las secciones del rbol de seccin circular deben permanecer circulares antes y despus de la torsin.

Las secciones planas del rbol de seccin circular deben permanecer planas antes y despus de la torsin sin alabearse.

La Torsin que se le aplicara al rbol de seccin circular debe estar dentro del rango de elasticidad del material.

La proyeccin sobre una seccin transversal de una lnea radial de una seccin, debe permanecer radial luego de la torsin.Torsin en una Barra

Ejercicio