esfuerzo, fatiga, torsión!.. elemento de maquinas!

INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO

“SANTIAGO MARIÑO”

Elemento de maquinas

Capítulos I,II y III

Br. Vanessa RondónIng. Industrial

Prof. Julián Carneiro.

DEFORMACIÒN

Se define como el cambio de forma de un cuerpo, el cual se debe al esfuerzo, al cambio térmico, al cambio de humedad o a otras causas. En conjunción con el esfuerzo directo, la deformación se supone como un cambio lineal y se mide en unidades de longitud. En los ensayos de torsión se acostumbra medir la deformación como un Angulo de torsión entre dos secciones especificadas.

DIAGRAMA ESFUERZO-DEFORMACIÓN

El diseño de elementos estructurales implica determinar la resistencia y rigidez del material, estas propiedades se pueden relacionar si se evalúa una barra sometida a una fuerza axial para la cual se registra simultáneamente la fuerza aplicada y el alargamiento producido. Estos valores permiten determinar el esfuerzo y la deformación que al graficar originan el denominado diagrama de esfuerzo y deformación.

DEFORMACIÓN UNITARIA

Todo miembro sometido a cargas  externas se deforma debido a la acción de fuerzas. La deformación unitaria, se puede definir como la relación existente entre la deformación total y la longitud inicial del elemento, la cual permitirá determinar la deformación del elemento sometido a  esfuerzos de tensión o  compresión axial.

Por lo tanto la ecuación que define  la deformación unitaria un material sometido a cargas axiales está dada por:

LEY DE HOOKE

Cuando una fuerza actúa sobre un material causa un esfuerzo o tensión en el interior del material que provoca la deformación del mismo. En muchos materiales, entre ellos los metales y los minerales, la deformación es directamente proporcional al esfuerzo. No obstante, si la fuerza externa supera un determinado valor, el material puede quedar deformado permanentemente, y la ley de Hooke ya no es válida. El máximo esfuerzo que un material puede soportar antes de quedar permanentemente deformado se denomina limite de elasticidad.

ESFUERZO El esfuerzo se define como la intensidad de

las fuerzas componentes internas distribuidas que resisten un cambio en la forma de un cuerpo. En términos generales el esfuerzo se define como la fuerza por unidad de área.

ORIGEN DE LOS ESFUERZOS En el análisis de las fuerzas se debe tomar en cuenta que

al inicio, en el origen del planeta, este pudo haber empezado siendo una masa de materia heterogénea y no diferenciada, la cual ha estado evolucionando y transformándose, siendo evidente que actualmente la tierra posee una dinámica muy activa tanto en las capas internas como externas. Lo que atrae como consecuencia la deformación constante de los materiales de la corteza terrestre, provocada por los mecanismos de movimiento de las tectónicas, asociado a las corrientes de convección del magma en el manto superior que provocan la expansión del piso oceánico con la consecuente subducción y choque entre placas, en otros sitios estas dinámica provoca el vulcanismo la sismicidad, el levantamiento de cordilleras, el movimiento de los continentes, los ajustes corticales por la isostasia.

TIPOS DE ESFUERZO Tracción: hace que se separen entre si las distintas

partículas que componen una pieza, tendiendo a alargarla. Comprensión: Hace que se aproximen las diferentes partículas de un

material, tendiendo a producir acortamiento o aplastamientos.

Flexión: es una combinación de comprensión y de atracción mientras que las fibras superiores de la pieza sometida a un esfuerzo de flexión se alargan, las inferiores se acortan o viceversa.

Torsión: las fuerzas de torsión son las que hacen que una pieza tienda a retorcerse sobre su eje central.

Cizallamiento o cortadura: se produce cuando se aplican fuerzas perpendiculares a la pieza, haciendo que las partículas del material tiendan a resbalar o desplazarse las unas sobre las otras.

ESFUERZO EN ELEMENTO DE MAQUINAS

El diseño de máquinas considera, entre muchas otras cosas, el dimensionamiento apropiado de un elemento de máquina para que éste soporte con seguridad la flexión, torsión, carga axiales y transversales.

Los materiales dúctiles (aceros blandos) son débiles al esfuerzo cortante y se diseñan en base al esfuerzo cortante máximo.

Los materiales frágiles (aceros tratados, hierro fundido) se diseñan en base al esfuerzo normal máximo de tracción  o compresión.

CURVAS DE ESFUERZO VS DEFORMACIÓN

Debido a que los metales deben ser conformados en la zona de comportamiento plástico, es necesario superar el limite de fluencia para que la deformación sea permanente. Por lo cual, el material es sometido a esfuerzos superiores a sus límites elásticos, estos límites se elevan consumiendo así la ductilidad.

ESFUERZO EN LA INGENIERÍA

Uno de los problemas básicos de la ingeniería es seleccionar, es hallar más apropiado y dimensionarlo lo más apropiado posible, de manera que permita que la estructura final o que la maquina proyectada trabaje con la mayor eficacia. Para ello es esencial determinar la rigidez, la resistencia y otras propiedades más.

FATIGA 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 de elemento, así el maximo esfuerzo calculado este dentro del limite permisible.

SEÑALES DE LA FATIGA 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.

 CARACTERÍSTICAS DE LA FATIGA

 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

ENSAYO DE FATIGA Se aplica a una probeta una carga media

especificada y una carga alternativa y se registra el número de ciclos requeridos para producir un fallo (vida a la fatiga). Por lo general, el ensayo se repite con idénticas probetas y varias cargas fluctuantes. Las cargas se pueden aplicar axialmente, en torsión o en flexión. Carga aplicada: Inicialmente la carga aplicada debe generar un esfuerzo muy cercano a la Resistencia última del material Su La carga se disminuye gradualmente a medida que aumentan los ciclos.

DIAGRAMA S-N DIAGRAMA S-N S: Amplitud del esfuerzo

cíclico desarrollado. N: logaritmo del número de ciclos hasta la rotura. Al aumentar N, la curva tiende a ser horizontal, a esta altura se encuentra el límite de Resistencia a la fatiga en Aceros y algunas aleaciones de Titanio. Por debajo de este valor no ocurrirá falla por fatiga.