Download - Props Mecanicas
PROPIEDADES Y COMPORTAMIENTO MECÁNICO
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 in/in 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
CURVAS -
CURVA ESFUERZO INGENIERIL -
DEFORMACIÓN INGENIERIL
ESFUERZO Y DEFORMACIÓN INGENIERILES
EA
FingenierilEsfuerzo
o
_
A
A
l
lingenierilnDeformació
o
0_
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.
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
mov de dislocaciones)
Límite de proporcionalidad: esfuerzo a partir del cual la relación esfuerzo
y deformación ingenieriles no es lineal.
RESISTENCIA A LA FLUENCIA
DUCTILIDAD
Es la cantidad de deformación que puede resistir un material sin romperse
PROPIEDADES ELÁSTICAS
allongitudin
lateral
Módulo de Poisson
ESFUERZO Y DEFORMACIÓN REALES
A
FalEsfuerzo Re_
A
AlrealnDeformació
lo
0lnln_
En donde A es el área de la sección transversal de la probeta al
aplicarse la carga máxima, lo es la distancia original entre las marcas
de calibración y l es la longitud real después de haber aplicado la
fuerza F.
ESFUERZO Y DEFORMACIÓN FRACTURA
ESFUERZO Y DEFORMACIÓN INGENIERILES
(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning™ is a trademark used herein under license.
EJERCICIOS
ENSAYO DE TENSIÓN BARRA DE COBRE
Barra de cobre, diámetro inicial de 0.505 in y
long 2.0 in
Después de fractura, la longitud medida fue de
3,014 in y el diámetro 0.374 in. Calcular:
•Modulo fluencia criterio 0.2%
•Resistencia Tensil
•Módulo de elasticidad
•% Elongación, % Reducción de área
•Esfuerzo ingenieril y real en fractura
PROPIEDADES Y COMPORTAMIENTO MECÁNICO
ENSAYO DE FLEXIÓN
Se emplea especialmente para probar materiales frágiles
Se aplica carga en tres puntos y se provoca la flexión, se provoca esfuerzo de
tensión en el centro
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PROPIEDADES Y COMPORTAMIENTO MECÁNICO
PROPIEDADES Y COMPORTAMIENTO MECÁNICO
ENSAYO DE FLEXIÓN
F = carga de fractura o de ruptura
L = distancia entre los dos puntos de apoyo
w = ancho de la muestra
h = altura de la muestra
Resistencia a la flexión 4 puntos
PROPIEDADES Y COMPORTAMIENTO MECÁNICO
ENSAYO DE FLEXIÓN (c
)2003 B
roo
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Co
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ense
.
PROPIEDADES Y COMPORTAMIENTO MECÁNICO
ENSAYO DE FLEXIÓN
= deflexión o flecha de la viga cuando se aplica la fuerza F
PROPIEDADES Y COMPORTAMIENTO MECÁNICO
ENSAYO DE FLEXIÓN
La resistencia a la tensión de un material compuesto reforzado con fibras de
vidrio es 45000 psi y el módulo de flexion es 18 * 106. Una muestra tiene 0.5
in de ancho, 0.375 in de alto, 8 in de long y se sostiene entre dos varillas de 5
in de distancia. Calcular la fuerza necesaria para romper el material y la
deflexión de la muestra en la fractura
PROPIEDADES Y COMPORTAMIENTO MECÁNICO
ENSAYO DE FLEXIÓN
PROPIEDADES Y COMPORTAMIENTO MECÁNICO
ENSAYO DE DUREZA
Mide la resistencia de la superficie de un material a ser penetrado por un objeto
PROPIEDADES Y COMPORTAMIENTO MECÁNICO
ENSAYO DE DUREZA
PROPIEDADES Y COMPORTAMIENTO MECÁNICO
ENSAYO DE DUREZA
Figura 2
D = diámetro de la bola
d = diámetro de la huella
BRINELL ROCKWELL
PROPIEDADES Y COMPORTAMIENTO MECÁNICO
ENSAYO DE DUREZA
Resistencia a la tensión (psi) = 500 HB Rm [kg/mm2]
PROPIEDADES Y COMPORTAMIENTO MECÁNICO
ENSAYO DE DUREZA
PROPIEDADES Y COMPORTAMIENTO MECÁNICO
ENSAYO DE IMPACTO
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(c)2
003 B
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ense
.
PROPIEDADES Y COMPORTAMIENTO MECÁNICO
ENSAYO DE IMPACTO
PROPIEDADES Y COMPORTAMIENTO MECÁNICO
PROPIEDADES DE IMPACTO
La energía absorbida y la temperatura de transición de dúctil a
frágil son muy sensibles a las condiciones de carga.
La mayor rapidez de aplicación de energía a la probeta reduce la
energía absorbida y aumenta la temperatura de transición de
dúctil a frágil
PROPIEDADES Y COMPORTAMIENTO MECÁNICO
PROPIEDADES DE IMPACTO
El tamaño de los especímenes afecta los resultados. Un
elemento grueso es más difícil que se deforme; por lo tanto se
requiere energías menores para romperlos
Una grieta superficial en punta y aguda permite menores
energías absorbidas que en muesca en V
FRACTURA (c
)2003 B
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FACTOR INTENSIDAD DE ESFUERZOS
f = factor geométrico
= esfuerzo aplicado
a = tamaño de la imperfección
FRACTURA
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.
KC = tenacidad a la fractura
La tenacidad a la fractura depende
del espesor de la muestra
KlC = tenacidad a la fractura en
deformación plana
FRACTURA
• Imperfecciones más grandes reducen el esfuerzo admisible
• La capacidad de un material para deformarse es determinante
• Piezas más gruesas y rígidas de un material dado tienen menor
tenacidad a la fractura que los materiales delgados
•Al aumentar la rapidez de aplicación de la carga, como ensayo de
impacto, se suele reducir la tenacidad a la fractura del material
TENACIDAD A LA FRACTURA
FRACTURA
• Al aumentar la temperatura aumenta normalmente la tenacidad a la
fractura
• Un tamaño de grano pequeño mejora la tenacidad a la fractura;
mientras que si hay más defectos puntuales y dislocaciones se reduce
la tenacidad a la fractura
• Se puede tener mayor tenacidad a la fractura si se tienen esfuerzos
de compresión inducidos superficialmente
TENACIDAD A LA FRACTURA
FRACTURA
RESISTENCIA CRECIMIENTO DE GRIETAS
FRACTURA
FRACTURA FRÁGIL (c
)2003 B
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PROPIEDADES MICROESTRUCTURALES DE LA
FRACTURA EN MATERIALES METÁLICOS
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003 B
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PROPIEDADES MICROESTRUCTURALES DE LA
FRACTURA EN MATERIALES METÁLICOS
PROPIEDADES MICROESTRUCTURALES DE LA
FRACTURA EN MATERIALES METÁLICOS
FATIGA
Es la disminución de la resistencia de un material dados esfuerzos repetitivos,
que pueden ser mayores o menores que la resistencia a la cedencia
Fenómeno común en componentes sujetos a cargas dinámicas
Estos esfuerzos pueden ser menores o mayores que la resistencia a la cedencia
Lo esencial, es que un componente se va a someter a fuerzas mecánicas,
eléctricas, térmicas, magnéticas u otras, que posiblemente sean cíclicas, en un
determinado período de tiempo
ETAPAS FALLA POR FATIGA
Este tipo de fallas se presentan en tres etapas
Inicia o nuclea una grieta diminuta, generalmente en la superficie
La grieta se propaga en forma gradual, a medida que la carga continúa
cíclicamente
Finalmente, sucede la fractura en forma repentina, cuando su sección
transversal restante es muy pequeña para soportar la carga aplicada.
ETAPAS FALLA POR FATIGA
(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning™ is a trademark used herein under license.
ETAPAS FALLA POR FATIGA
Las marcas de playa no se presentan cuando el material e muy blando o muy
duro
ETAPAS FALLA POR FATIGA
Patrón de Chevron en acero templado. Falla en forma frágil por golpe de
impacto
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COMPARACIÓN CON FRACTURA FRÁGIL
ETAPAS FALLA POR FATIGA
Detalle de las grietas formadas
en una fractura frágil, donde se
entrecruzan diferentes grietas.
Líneas de Wallner
COMPARACIÓN CON
FRACTURA FRÁGIL
ETAPAS FALLA POR FATIGA
ETAPAS FALLA POR FATIGA
MEDIDA DE LA RESISTENCIA A LA FATIGA
MEDIDA DE LA RESISTENCIA A LA FATIGA
(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning™ is a trademark used herein under license.
MEDIDA DE LA RESISTENCIA A LA FATIGA
Materiales ferrosos
Materiales NO ferrosos
MEDIDA DE LA RESISTENCIA A LA FATIGA
MEDIDA DE LA RESISTENCIA A LA FATIGA
22
minmax ra
Amplitud de tensión o Alternancia
2
minmax
m
Tensión media minmax r Intervalo de tensiones
min
max
R Relación de amplitud nKC
dN
da)( Vel crecimiento de
grietas
MEDIDA DE LA RESISTENCIA A LA FATIGA
nKCdN
da)( Vel crecimiento de
grietas
2/2/
1nnnn a
da
CfdN
2/
2
2
2
2
2
2
nnn
n
i
n
c
Cfn
aa
N
ai = es el tamaño inicial de la imperfección
ac = es el tamaño necesario para que haya fractura.
n, C = constantes del material
EJERCICIOS
Una placa de acero que se usa en un reactor nuclear tiene una tenacidad a
la fractura por deformación plana de 80000 psi√in, y se expone a un
esfuerzo de 45000 psi durante el servicio. Diseñar un procedimiento de
inspección de prueba capaz de determinar una grieta en la orilla de la
placa, antes de que crezca con rapidez catastrófica:
Una grieta de 0.8 in de profundidad en la orilla es relativamente fácil de
observar. Aplicar PND, líquidos penetrantes.
EJERCICIOS
Se tiene una cerámica de SiAlON con resistencia a la tracción de 60000
psi. Una muestra de ella presenta una grieta delgada de 0.01 in de
profundidad. Dicha parte falla en forma inesperada a un esfuerzo de 500
psi por propagación de la grieta. Estime el radio de la punta de la grieta.:
EJERCICIOS
Diseñe una placa de soporte de 3 in de ancho de sialón, la cual tiene una
tenacidad a la fractura de 9000 psi√in, que resista una carga de tensión
de 40000 lb.
EJERCICIOS
Una placa de acero de alta resistencia tiene una tenacidad a la fractura en
deformación plana de 80 MPa√m, y se carga alternativamente a 500 MPa a
tensión y 60 MPa a compresión. La placa debe durar 10 años, y el esfuerzo se
aplica con una frecuencia de una vez cada 5 minutos.
C =1.62*10-12 y n = 3.2
EJERCICIOS
Una placa de acero de alta resistencia tiene una tenacidad a la fractura en
deformación plana de 80 MPa√m, y se carga alternativamente a 500 MPa a
tensión y 60 MPa a compresión. La placa debe durar 10 años, y el esfuerzo se
aplica con una frecuencia de una vez cada 5 minutos.
El esfuerzo máx es 500 MPa. El esfuerzo min es cero , no 60MPa de
compresión, porque las grietas no se propagan en compresión..
Mpa5000500minmax
EJERCICIOS
Se calcula la cantidad mínima de ciclos que debe resistir la placa.
Suponiendo f = 1 para todas las longitudes de grieta y se observa que
C = 1.62*10-12 y n= 3.2
2/2.32.32.312
2/2.322/2.32
500110*62.12.32
008.021051200
ia