CUESTIONARIO ELEMENTOS DE MAQUINAS – 2011PRIMER PARCIAL

Teoría de fallas, concentración de tensiones, fatigaCargas dinámicas y tensión admisible.

1) Definir conceptos de tensión directa e indirecta.

Dado un sistema de carga se define como tensiones directas a aquellas que actúan sobre un plano normal de la resultante de carga, e indirectas a las que se generan en los infinitos planos que pasan por el mismo punto.

2) Definir conceptualmente los tipos de fallas del material

Tipos de fallas:Falla funcional: se supera el lim. De fluenciaFalla por rotura física: se supera la tensión de rotura, se produce fractura, rotura sin deformación apreciable.

3) Bajo que criterio se seleccionan los puntos de análisis de un elemento.

Los criterios con que se seleccionan los puntos de análisis de máximas tensiones es teniendo en cuenta cuales con aquellos puntos que están sometidos a mayores esfuerzos normales y tangenciales

4) Que se debe cumplir para poder aplicar el principio de superposición de los efectos

Criterios para aplicar superposición de efectos:Linealidad del sistema (campo elástico, efectos de la misma naturaleza, linealidad geométrica)Se deben verificar las ecuaciones de equilibrio interno, las de equilibrio de contorno, y las ecuaciones de compatibilidad expresadas en términos de tensiones.

5) Que objetivo se busca con el circulo de Mohr

Es un método grafico que permite la visualización del estado tensional de un punto de la pieza. Con la construcción del círculo de mohr se busca encontrar las tensiones indirectas a partir de tensiones directas.

6) Dibujar el circulo de mohr para un ensayo de tracción simple y para un ensayo de torsión puro.

7) Escribir la expresión matemática de las cuatro teorías de falla y sus respectivo nombre para un ensayo de tracción simple.

1ra Teoría: MAXIMA TENSION NORMAL:

2daTeoría: MAXIMA TENSIONES TANGENCIALES:

3raTeoria: MAXIMA DEFORMACIONES UNITARIAS:

4taTeoria: MAXIMA ENERGIA DE DEFORMACION:

8) Escribir la expresión matemática de las cuatro teorías de falla y su respectivo nombre para un ensayo de torsión simple.

1ra Teoría: MAXIMA TENSION NORMAL:

2daTeoría: MAXIMA TENSIONES TANGENCIALES:

3raTeoria: MAXIMA DEFORMACIONES UNITARIAS:

4taTeoria: MAXIMA ENERGIA DE DEFORMACION:

9) Relacionando las teorías de rotura para los ensayos. ¿Qué relación existe en cada una de las teorías entre τƒ y σƒ

Mat. muy frágiles: τƒ= σƒ

Mat. Dúctiles: τƒ=σƒ2

Mat. Frágiles (mas conservativo): τƒ= 0,8 σƒ

Mat. Dúctiles: τƒ= 0,63 σƒ

10) ¿Cuál es la diferencia entre materiales dúctiles y materiales frágiles?En materiales frágiles no se produce fluencia y fallan bruscamente rompiendo por deformación, a diferencia de los dúctiles que admiten fluencia y rompen por tensión. (Por corte).

11) ¿Qué teoría de falla se aplica a un material dúctil?

Los materiales dúctiles se analizan con la teoría de falla de máximas tensiones tangenciales y con la de máxima energía de deformación. Teoría 2 y 4

12) ¿Qué teoría de falla se aplica a un material frágil?

Los materiales frágiles se analizan con la teoría de máximas tensiones normales y con la teoría de las máximas deformaciones unitarias. Teoría 1 y 3

13) Si una pieza de material frágil esta solicitada por un par torsor. Por cual teoría falla la pieza.

si un material frágil está sometido a un par torsor, Rompe por la 1° teoría debido a que los materiales frágiles rompen por tensión

14)

para una chapa de acero solicitada a tensiones normales Se elige un material frágil ya que por las teorías de fallas (la 2°) uno dúctil rompería a la mitad de la tensión normal ya que el dúctil rompe por corte.

15) Definir carga dinámica

Son cargas que varían con el tiempo. Son cargas que se aplican a una velocidad mayor que la considerada estática. Originan modificaciones tanto en las tensiones como en las deformaciones.

16) Cuáles son las hipótesis del impacto en el estudio teórico del impacto.

Hipótesis de impacto:1°El peso de impacto es mucho mayor a al peso propio de la viga2°El peso es grande y debe ser considerado.

17) Que es la energía de deformación y cuál es su expresión

La energía de deformación es el aumento de energía interna acumulado en el interior de un sólido deformable como resultado del trabajo realizado por las fuerzas que provocan la deformación. U= p d/2

18) .

19) ¿Cuál es la magnitud de la deformación dinámica para los siguientes casos?

A) h=0B) grandes valores de h

1º caso: Choque plástico W0 << W (despreciamos los efectos generados por W0 )

A) h=0 estB) grandes valores de h √2δ est . h

º caso: Choque plástico donde W0 >> W

A) h=0 est+est0)

B) grandes valores de h √2δ est . h

20) Cual es la magnitud de la tensión dinámica para los siguientes casos?

A) h=0

B) Grande valores de h

21) Supongamos una barra cilíndrica sometida a un esfuerzo dinámico de tracción. Que debería modificar en la barra para atenuar mejor el impacto dinámico sin cambiar el material.

Se debería aumentar el volumen es decir modificar los valores de longitud o área, debido a que se aumenta la resilencia del material es decir la capacidad de absorber energía antes de entrar al periodo de fluencia.

22) Supongamos una chapa sometida a un estado plano de tensiones (σx -σ y ) como se muestra en la figura.

a) Si σx =σ y= σ0, y ambas son de igual signo (tracción ó compresión),¿Cuánto vale la tensión normal en el punto 1 y 2?b) Si σx =σ y= σ0, y ambas son de distinto signo, ¿cuánto vale la tensión normal en el punto 1 y 2?

A) σx =σy= σ0 y ambas de igual signo, es el caso más favorableσ1 =2σy= 2σ0

σ2 =2σx= 2σ0

B) σx =σy= σ0 y ambas de idistinto signo, es el caso más desfavorableσ1 =-4σy= -4σ0 (compresión)

σ2 =4σx= 4σ0 (tracción)

23) ¿Cuál es la dirección critica de una grieta con respecto a la dirección de las tensiones?la dirección critica de una grieta es la dirección perpendicular a la dirección de las tensiones

24) Supongamos una chapa sometida a un estado de tensión simple con un orificio circular centrado:

a)Sobre que ángulo tenemos la mayor tensión de corte?A 45° en la pieza (90° en el circulo de morh)

b) ¿Cuánto vale la tensión de corte en el borde del orificio para ese ángulo?Vale 0

c) ¿Cuánto vale la máxima tensión de corte para ese ángulo?2/3* σo

d) ¿Cuánto vale la tensión de corte en el infinito para ese ángulo?σo/2

25) ¿Por qué en un cardan el equilibrado estático y dinámico se realiza mediante el agregado de masas?Se realiza de esa manera para evitar el agujereado del eje lo cual producirá concentración de tensiones. Debido que el hacer un agujero en el borde del agujero tendremos una tensión de 4σ0

26) Definir el concepto de sensibilidad de entalla Factor de sensibilidad de entalla, es el factor que relaciona las tensiones en una pieza con y sin entalla. Valor obtenido de ensayos. Depende del material de la probeta y de la forma de entalla.

Q= kσ−1ασ−1

27) Cuál es la diferencia entre factor de concentración de tensiones geométrico y el factor de concentración de tensiones efectivo.El factor de concentración de tensiones geométrico tiene en cuenta solamente la geometría de la pieza, el factor efectivo es el geométrico afectado por el factor de entalla el cual tiene en cuenta además de la geometría el material.

FATIGA

28) Cuando estamos en presencia de fatiga de materialEstamos en presencia de fatiga del material cuando actúan tensiones variables en el tiempo y la pieza empieza a fallar a un valor de tensión menor al de la falla estática.La fatiga es un efecto acumulativo, cuando el material es sometido a un número de ciclos determinados a lo largo de su vida útil, este empieza a fallar.La fractura por fatiga no tiene fluencia sino que se produce una fractura brusca.

29) Describa los casos notables de tensiones que producen fatiga

- Alterno simétrico-          Alterno asimétrico-          Pulsante-          Variable de igual signo

ALTERNADOS, se generan cuando las tensiones cambian de signo alternativamente. El caso más común y simple, es aquel en que la tensión máxima positiva es igual a la mínima, obteniéndose un ciclo denominado alterno simétrico.Cuando las tensiones se presentan de distinto signo y valor, el ciclo es llamado alterno asimétricoEn caso que los esfuerzos tengan siempre el mismo signo y su valor va desde cero a un valor determinado que puede ser positivo o negativo se lo llama pulsante.Cuando la tensión varia de un máximo a un mínimo, distinto de cero dentro del mismo sigo se lo llama alterno simétrico positivo/negativo o pulsatorio.

30) Cuál es el caso más perjudicial en fatiga?

El caso más perjudicial es cuando las cargas son alternas simétricas.

31) Escriba las expresiones matemáticas de: σ med. y σ a.

32) Definir el Límite de Fatiga o de Wohler.

Es un dato de laboratorio, representa la tensión que podría aplicársele a una pieza con un nro. n de ciclos infinitos sin riego de rotura (concepto teórico)

33) ¿Qué factores aumentan el Límite de fatiga y cuales lo disminuyen?

AUMENTAN EL LIMITE DE FATIGA REDUCEN EL LIMITE DE FATIGA AGREGADO DE VANADIO CONCENTRACION DE TENSIONES ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL DEFECTOS INTERNOS DEL

MATERIAL TERMINACION SUPERFICIAL TEMPERATURA COMPOSICION QUIMICA CORROCION

34) Dibuje y nombre las zonas que presenta la impronta de una rotura de un eje giratorio solicitado a la acción de una carga constante.

Zona 1: es brillante debido a la fricción de las 2 partes.Zona 2: es de características intermedias, representa el avance gradual de la falla.Zona 3: Es granulada y es propia de que la pieza ah fallado por resistencia debido a la disminución de sección. La fractura en esta zona es brusca.

35) -36) La tensión admisible depende de tres parámetros fundamentales, ¿Cuáles son?

La tensión adm. Dependen del material, de las cargas y del factor de seguridad.

37) ¿Cuál es la expresión matemática de la tensión admisible para un caso Alterno Simétrico Puro?

σadm= σe/n

38) Como afecta la concentración de tensiones a la expresión de la tensión admisible. Lo afecta con un coeficiente K.

39) Defina coeficiente de seguridadEs el cociente entre la tensión máxima a la que puede estar sometido un elemento estructural (resistencia del materia ) dividido las tensiones a la que se supone va a estar sometido ( tensiones realmente existetentes)

n= σ fluenciaσ trabajo

40 ) En caso de estar ante tensiones de corte, que criterio se emplea para obtener la tensión admisible.

SOLDADURA

1) ¿Una soldadura falla por esfuerzo o por deformación?Una soladura rompe por deformación. La soldadura es frágil, no admite deformación.

2) ¿A través de cual Tratamiento Térmico se recupera una estructura soldada?Atreves del normalizado o recocido se logra un alivio de tensiones en soldadura

3) El material base sobre el cual se aplica el cordón de soldadura sufre una pérdida de resistencia básica, ¿Cuál es el porcentaje que se pierde según Norma DIN?

Según norma DIN la resistencia disminuye un 15%, el alargamiento disminuye en un 50%

4) ¿Cuánto vale el Coeficiente de Reducción α para los distintos esfuerzos?

Coef α para soldadura:Tracción: 0.75 α1Comp: 085 α2Flexión: 0,8 α3Corte: 0.65 α4

5) ¿Cuánto vale el Coeficiente de Reducción α para una soldadura tipo ángulo?Se toma α4= 0,65 ya que es mas conservativo.

6) En recipientes cilíndricos, ¿Qué tipo de cordón de soldadura se puede utilizar en tapa cóncava y en tapa convexa? Dibuje cada caso.

La tapa se puede soldar ya sea por tope o por solape.

7) En recipientes cilíndricos, ¿qué tipo de cordón de soldadura se puede utilizar para soldar el Cilindro? Dibuje cada caso.

El cilindro se puede hacer soldando la chapa. Esta soldadura puede ser a tope sin retoque, o en el caso de grandes diámetros que se pueda soldar por dentro, puede ser a tope con retoque. También se puede soldara solape.

8) En recipientes cilíndricos, escriba la expresión de la Tensión Normal en el cilindro. Indicar que es cada término

σ= pD2x t 1

P= presión interna del cilindroD/2= radio del cilindroT1= espesor del cilindro

9) La expresión de la Tensión Normal en el cilindro es válida para qué tipo de cilindros.

Esta expresión se utiliza para recipientes de paredes delgadas.

10) En recipientes cilíndricos, escriba la expresión de la Tensión Normal en la chapade la tapa esférica. Indicar que es cada término

σ= p D4 x t 1

P= presión interna del cilindroD= diámetro del cilindroT1= espesor de la tapa

Como conclusión le tensión en la tapa es la mitad que en el cilindro.

11) Si aumenta el radio de curvatura de la tapa esférica, ¿qué pasa con el espesorde la tapa aumenta ó disminuye?

Si el radio de curvatura de la tapa aumenta, aumenta el espesor para mantener la tensión.

12) ¿Qué expresión define el σadm para cargas estáticas? Indique que es cada término.

δ= p D2a

≤δadm=αn xσadm

P = presión interior en el cilindroD= diámetro interno del cilindroa= ancho del cordónδ= tensión en la soldaduraδadm= tensión admisible en la soldaduraαn= coeficiente de reducciónσadm= tensión admisible del material a soldar

13) En una soldadura a Tope ¿cuánto vale “a” con y sin retoque?

Como ancho a se toma para cada tipo de soldadura

Tope sin retoque: a=0,7 tmin

Tope con retoque: a=tmin

Tope con X: a=tmin

14) El dimensionamiento del espesor de las paredes del cilindro está condicionado¿por resistencia ó por soldadura? ¿Por qué?

El dimensionamiento queda condicionado por soldadura, ya que la soldadura requiere de un cierto espesor min. que será mayor al espesor min que se requeriría en la chapa para admitir ese mismo esfuerzo por resistencia.

15) ¿A que se denomina recipientes de pared delgada y qué relación debe existir entre el diámetro y el espesor?

El recipiente de paredes delgadas es aquel en el que se puede considerar una distribución cte. de tensiones. La relación que debe existir es e<= 0.1r

16) En presencia de tensiones variables (Fatiga):A-¿Qué magnitudes intervienen en el δ max de trabajo? escribir su expresión genéricaB-¿Qué valor se toma como δ adm? Escribir su expresión

A) δ max= FmaxA

γ ≤αn x σadm

γ coeficiente que incrementa el valor de la tensión de fatiga máxima en el periodo elástico

B) δ adm= αn x σadm = αnσfn

17) En un recipiente cilíndrico una tapa es esférica y la otra es plana, ambas soldadas por tope. ¿En cual de ellas la tensiónδ de la soldadura es mayor?

Tensión de soldadura es la misma para cualquier tapa porque ρ (ro) no depende del diámetro de la esfera sino del diámetro del cilindro.

18) Para considerar el fenómeno de fatiga en soldadura:

a) Que relación limite se debe dar entre Fmin/Fmax?

b) El valor de esta relación limite, es siempre el mismo o puede variar entre un cierto rango. Por que?

a- La relación lim. Fmin/fmax depende del material y será aquella que permita obtener un gamma > 1

b- este valor de la relación varia según el material, ya que cada material tiene un gamma distinto y la relación será aquel la que nos permita obtener un gamma=1

TORNILLOS

1) Que es una rosca?

Rosca: una cuña que se envuelve en forma helicoidal alrededor de un diámetro.

2) Concepto de paso y avance?

Paso: distancia entre dos crestas consecutivas

Avance: Cantidad de filetes que avanza o retrocede el tornillo en una sola vuelta.

3) En calidad de tornillos según norma iso. Que significa la nomenclatura 12.9?El 12 x 100 tensión ultima de rotura, el 9 es el 90% de esta tensión, lo que será la tensión de fluencia.

Tensión ultima de rotura, σr= 12 x 100= 1200 N/mm2

Tensión de fluencia, σf= 1200 x 0.9= 1080 N/mm2

4) A un tornillo se le aplica un momento externo Mt, escriba la secuencia de aparición de las reacciones.

Al comienzo del análisis todo esta estático. Cuando se comienza aplicar el torque se genera una resistencia y también un apriete. La resistencia al torque es producida por Fx que actúa sobre el Dm ejerciendo un par que se opone al torque exterior, fx es una componente de N, por lo que el

torque produce a Fx y esta genera a N, a la vez que N genera Fy y Yz, también a la fuerza de rozamiento F μ.

5)De que parámetros depende la reversibilidad o irreversibilidad del tornillo?

Angulo de flanco alfaAngulo de rozamiento titaAngulo de hélice fi

6)Si aumenta α (ángulo del flanco), ¿el tornillo es más reversible ó mas irreversible? ¿Por qué?

Si aumenta alfa manteniendo los otros dos ángulos ctes Aumenta LA IREVERSIBILIDAD, ya que la fuerza normal N va a ir aumentando a medida que aumente dicho ángulo.

7)Si aumento el número de entradas de un tornillo, ¿el tornillo es más reversible ó más irreversible? ¿Por qué?

Si aumento el número de entradas aumenta fi, y con el aumento de este favorece reversibilidad

8) Definir rendimiento de un tornillo.

Par necesario para subir una carga con rozamiento referido al par necesario si rozamiento

η= torque sin fricciontorque con friccion

9) ¿Qué tipo de rosca es la de mayor rendimiento para μ= cte y fi = cte?

Tiene mayor rendimiento una rosca que tenga menos alfa (rosca cuadrada (alfa=0), es la de mayor rendimiento

10) ¿Cómo se distribuye el Momento total externo aplicado en el tornillo?10 % fy(fuerza de cierre)40% rosca (Mtr)50% cabeza (Mtc)

11) ¿Cuál es el factor que hace del apriete con torquimetros un procedimiento poco confiable?

Debido a que en la práctica los coeficientes de rozamiento que se tiene en la superficie no son constantes debido a factores como suciedad, rugosidad, etc, un mismo torque producirá diferentes fuerzas de cierre con una gran dispersión.

12Describa el método de giro de la tuerca.

Método de giro de tuerca: consiste en aplicar un torque inicial determinado que produce el acercamiento de las sup. a partir de ahí se produce un giro de la tuerca siendo este ya predeterminado para la condiciones de trabajo. En este método nos independizamos del coef. mu. Se asegura una dispersión baja.

13) En función de la rigidez de las placas, ¿entre que valores limites puede variar el ángulo del cono de presión? ¿Cuál es el valor del ángulo medio utilizado en los cálculos?

α=0 placas de muy baja rigidez.α=90 placas de alta rigidez.b- Se utilizan para el cálculo comúnmente ángulos comprendidos entre 20 y 35, y corrientemente 27°

14) ¿Cuándo falla una Junta Mecánica?

Una junta mecánica falla cuando las cargas de trabajo son tales que las cargas residuales ya no son capaces de mantener las placa unidas.

15) Para una misma carga externa W aplicada a una junta mecánica, ¿Cuál es el caso de menor solicitación?:a-Un tornillo largo y de sección chica.b-Un tornillo largo y de sección grande.c- Un tornillo corto y de sección grande.Explicar porque

El caso de menor solicitación es en un tornillo largo de sección chica porque asi serán menores las cargas al ser menor la rigidez.DIBUJO

16) ¿Cuándo un tornillo trabaja a la tracción con fatiga, ¿cómo debe ser el tornillo para reducir la amplitud de las tensiones variables? ¿Por qué?

Con un tornillo menos rígido obtengo una menor amplitud tensiones en el tornillo mismo. Así se disminuye el efecto de fatiga.

17) Defina precarga en tornillos. Pi

Es una carga cte. Aplicada a la junta, que debe garantizar que ante la aparición de una carga externa W no se produzca la separación.

18) En tornillo, ¿Qué diámetro empleo para determinar la sección resistente a tracción y cuál para corte?

A tracción =d núcleoA corte = d núcleo exterior, o diam medio dependiendo de donde este aplicado el esfuerzo

19) Para igual Momento Externo aplicado,¿ generará mayor fuerza de cierre un paso grueso ó un paso fino? ¿Por qué?

Con paso fino fi es menor y se posee mayor capacidad de producir fuerza de apriete

20) En un tornillo sometido a cargas externas variables, ¿cuáles son las cargas que se tienen en cuenta para obtener σadm?Una carga externa W provoca una variación de la carga absorbida por el tornillo Pt. Generando así un Pt min y un Pt max.

Ptmin = Pi + parte de la carga mínima absorbida por el tornilloPtmax= Pi + parte de la carga máxima absorbida por el tornillo

21) ¿Qué efectos provoca la temperatura en una junta mecánica precargada?

Con temp altas se puede producir un incremento de Pmax que produzca fluencia con temp. Bajas se debe cuidar de que no se descargue el sistema.Es decir provoca la variación de la precarga Pi

22) Defina las secciones criticas en las cuales puede producirse la falla en tornillos, ¿cuál es la más frecuente? Qué soluciones prácticas conoce.

65% entre tuerca y placa25% salida de rosca10% entre cabeza y placa

SOLUCIONES PRÁCTICASBajar la altura de la tuerca, eliminación de los primeros filetes de rosca, vaciado de la tuerca.

23)¿Cuál genera mejor distribución de carga; una tuerca por tracción o una tuerca por compresión?

La tuerca por tracción es la que genera menor distribución de cargas. Porque en una de comp de 2 a 3 Pm y una de tracción de 1.5 Pm. Hacer dibujo

24)¿Cuál es la expresión para calcular la rigidez de un tornillo? – Explique que es cada término.

K=AE/L

A=SECCION DEL NUCLEOE=MOD DE ELAST DEL MATERIALL=LONGITUD DEL TORNILLO

25) Para junta mecánica placa-tornillo, precargada con una “Pi”, y que esta actuando una carga externa “W”.(con relación de rigidez r=0,50)a) ¿Qué elemento absorbe mayor proporción de esta carga externa W?b) ¿Por qué?

a- El elemento que absorbe mayor carga es el tornillob- lo que se descarga el tornillo se descarga el tornillo se carga la placa. Ver dibujo se tiene en cuenta la relación de rigidez.

26) Si en una junta mecánica placa-tornillo, que se encuentra precargada con una carga Pi, aplico una carga externa W1 de manera tal que en las placas quede unaWres1.Analizar que sucede si la carga externa W1 aumenta en un valor de Wres1, ósea que la carga externa actuante en la junta será: W2= W1+ Wres1.

SI la carga externa actuante es w2=w1+wres1, los que se produce es una disminución de la precarga, pero aun asi quedara una w res2.