Esfuerzo,deformacion,torsion y fatiga
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El documento trata sobre conceptos fundamentales de esfuerzo y deformación en ingeniería. Explica que el esfuerzo se refiere a la fuerza aplicada sobre un área y puede ser axial, normal o de corte. También describe los tipos de deformación como la axial. Además, cubre temas como la torsión, pruebas de torsión, y la falla por fatiga que ocurre bajo cargas cíclicas repetidas.
Esfuerzo,deformacion,torsion y fatiga
- 1. Realizado por: Rosas Lusin C.I 17,898,206
- 2. El esfuerzo en ingeniería es una de las temáticas fundamentales en el desarrollo de un ingeniero ya sea mecánico, industrial, metalúrgico, mecatronico, etc. Debido a que nos permitirá analizar nuestro entorno mucho más afondo y con una visión mucho más científica, permitiendo percibir al mundo como un entorno lleno de materiales y de fuerzas. Existe la tendencia a pensar que los elementos estructurales sometidos a torsión son de incumbencia de los ingenieros mecánicos( ejes de motores, piñones, etc.). Sin embargo en las estructuras es bastante común que por la forma de aplicación de las cargas o por la forma misma de la estructura (asimetrías) se presenten este tipo de efectos en los elementos.
- 3. 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.
- 4. El esfuerzo axial: es el esfuerzo interno o resultante 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. El esfuerzo normal: Los esfuerzos normales que actúan sobre la parte cortada pueden calcularse con la formula, siempre que la distribución de esfuerzos sea uniforme sobre toda el área transversal.
- 5. El esfuerzo cortante, que a diferencia del esfuerzo normal o simple este esfuerzo es el resultado de aplicar una carga o una fuerza que es paralela al área transversal de la pieza sobre la cual se está aplicando la carga. Un ejemplo claro es cuando usamos un pinza para cortar un alambre, si aplicamos dos cargas de misma magnitud pero de sentido contrarios estas fuerzas se transportan en las tenazas de la pinza, y luego se hace un DCL en el punto E, vemos que las fuerza actuantes son paralelas al área del alambre.
- 6. La deformación “ε” es el cambio en el tamaño o forma de un cuerpo debido a la aplicación de una o más cargas sobre la pieza o estructura. 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: ε= LF – LO L Donde Lo es la longitud inicial de la zona en estudio y Lf la longitud final o deformada.
- 7. Efecto generado en el material debido a la aplicación de cargas dinámicas cíclicas. Los esfuerzos son variables, alternantes o fluctuantes. La gran cantidad de repetición de esfuerzos conducen a la falla por fatiga del elemento, así el máximo esfuerzo calculado esté dentro del límite permisible.
- 8. La Falla por Fatiga es repentina y total, las señales son microscópicas. En las Fallas estáticas las piezas sufren una deformación detectable a simple vista. Para evitar la falla por fatiga se pueden aumentar considerablemente los factores de seguridad, pero esto implicaría aumentar ostensiblemente los costos de fabricación de las piezas.
- 9. El material es sometido a esfuerzos repetidos, probeta de viga giratoria. Ciclos: cantidad de giros que se realiza a la probeta con aplicación de carga. Medio Ciclo: N=1/2 implica aplicar la carga, suprimir la carga y girar la probeta 180º. Un Ciclo: N=1 implica aplicar y suprimir la carga alternativamente en ambos sentidos.
- 10. En ingeniería, torsión es la solicitación que se presenta cuando se aplica un momento sobre el eje longitudinal de un elemento constructivo o prisma mecánico, como pueden ser ejes o, en general, elementos donde una dimensión predomina sobre las otras dos, aunque es posible encontrarla en situaciones diversas. La torsión se caracteriza geométricamente 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 él
- 11. Si se aplica un par de torsión T al extremo libre de un eje circular, unido a un soporte fijo en el otro extremo, el eje se torcerá al experimentar un giro en su extremo libre, a través de un ángulo, denominado ángulo de giro. Cuando el eje es circular, el ángulo es proporcional al par de torsión aplicado al eje.
- 12. Una prueba de torsión es una prueba de mecánica de materiales en donde se realiza comúnmente en una Maquina Universal, la evaluación de la resistencia a las fuerzas de torsión de un material, por aplicación de fuerzas a probetas o la pieza en sí. Este ensayo se realiza en el rango de comportamiento linealmente elástico del material y permite conocer los siguientes parámetros: La resistencia a fluencia o esfuerzo de fluencia de los materiales. La resistencia a ruptura o esfuerzo máximo, de los materiales que lo componen.
- 13. Para realizar un ensayo de torsión se debe seguir los siguientes pasos: Tomar las medidas de las probetas Alojar la probeta en el sitio correspondiente de la máquina. Ajustar la probeta a la máquina. Dependiendo de la maquina se deben colocar los marcadores en cero (ángulo y fuerza). Graduar la aguja indicadora del momento torsor en "cero". Accionar el botón de encendido de la máquina y tomar los valores de momento torsor de acuerdo a cada material. Retire los pedazos de probeta ensayada y proceda a colocar una nueva para colocar un nuevo ensayo
- 14. El esfuerzo utiliza unidades de fuerza sobre unidades de área, en el sistema internacional (SI) la fuerza es en Newton (N) y el área en metros cuadrados (m2), el esfuerzo se expresa por N/m2 o pascal (Pa). Esta unidad es pequeña por lo que se emplean múltiplos como es el kilopascal (kPa), megapascal (MPa) o gigapascal (GPa). La resistencia del material no es el único parámetro que debe utilizarse al diseñar o analizar una estructura; controlar las deformaciones para que la estructura cumpla con el propósito para el cual se diseñó tiene la misma o mayor importancia. El análisis de las deformaciones se relaciona con los cambios en la forma de la estructura que generan las cargas aplicadas. La torsión es el efecto producido por aplicar fuerzas paralelas de igual magnitud pero en sentido opuesto en el mismo sólido. Ejemplo: cuando se exprime un coleto, al girar la perilla de una puerta, el movimiento transmitido por el volante al árbol de levas, al apretar un tornillo, etc. La falla por fatiga requiere, básicamente, que se conjuguen dos factores a saber: la aplicación de cargas repetidas o cíclicas, esto quiere decir que su valor cambia en el tiempo. La excepción a esta condición está en el hecho de que, si el componente está trabajando en un ambiente corrosivo, la falla por fatiga se produce bajo condiciones estáticas.