ELEMENTOS DE MÁQUINAS I

Prof. Manuel Velázquez.

ESFUERZO-DEFORMACIÓN

Realizado por:Wilmer Guerrero C.I. 22.740.429

INTRODUCCIÓN.

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

Existen tres clases básicas de esfuerzos: tensivo, compresivo y corte. El esfuerzo se computa sobre la base de las dimensiones del corte transversal de una pieza antes de la aplicación de la carga, que usualmente se llaman dimensiones originales.

La deformación 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.

CaracterísticasLa mayoría de las propiedades de los aceros que son de interés para los ingenieros se pueden obtener directamente de sus curvas de esfuerzo deformación. Tales características importantes como el límite elástico proporcional, el punto de fluencia, la resistencia, la ductilidad y las propiedades de endurecimiento por deformación son evidentes de inmediato.

*Límite elástico: es la tensión máxima que un material elastoplástico puede

soportar sin sufrir deformaciones permanentes.

*Límite de fluencia: es el punto donde comienza el fenómeno conocido

como fluencia, que consiste en un alargamiento muy rápido sin que varíe la

tensión aplicada en un ensayo de tracción. Hasta el punto de fluencia el

material se comporta elásticamente

*Ductilidad: propiedad de aquellos materiales que, bajo la acción de una

fuerza, pueden deformarse sin llegar a romperse.

Importancia de su estudio

Este conocimiento es de gran importancia ya que, al diseñar, se puede estimar el

esfuerzo de fluencia resultante de la pieza fabricada mediante deformación plástica.

Sin embargo, la discrepancia de los valores calculados del esfuerzo de fluencia, con

respecto a los experimentales, ha sido motivo de estudio debido a su importancia en el

diseño ingenieril. La mecánica de materiales interviene de manera destacada en todas

las ramas de la ingeniería. Sus métodos son necesarios para los diseñadores de todo

tipo de estructuras y máquinas; en consecuencia, es una de las asignaturas

fundamentales de un plan de estudios de ingeniería.

El conocimiento obtenido en los últimos tres siglos junto con las teorías y técnicas

de análisis desarrolladas, permiten al moderno ingeniero diseñar estructuras seguras y

funcionales de tamaño y complejidad sin precedentes, teniendo en cuenta tres

requisitos indispensables: resistencia, rigidez y estabilidad de los diversos elementos

soportadores de carga.

Muchos materiales alcanzan un estado en el cual la deformación comienza a crecer rápidamente sin que haya un incremento correspondiente en el esfuerzo. Tal punto recibe el nombre de punto de cedencia o punto de fluencia.

Tipos de esfuerzos

*Tracción: Hace que se separen entre sí las distintas partículas que componen una pieza, tendiendo a alargarla. Por ejemplo, cuando se cuelga de una cadena una lámpara, la cadena queda sometida a un esfuerzo de tracción, tendiendo a aumentar su longitud.

*Compresión: Hace que se aproximen las diferentes partículas de un material, tendiendo a producir acortamientos o aplastamientos. Cuando nos sentamos en una silla, sometemos a las patas a un esfuerzo de compresión, con lo que tiende a disminuir su altura.

*Flexión: Un elemento estará sometido a flexión cuando actúen sobre el cargas que tiendan a doblarlo. A este tipo de esfuerzo se ven sometidas las vigas de una estructura.

*Torsión:Un cuerpo sufre esfuerzos de torsión cuando existen fuerzas que tienden a retorcerlo. Es el caso del esfuerzo que sufre una llave al girarla dentro de la cerradura.

*Corte o cizallamiento:

Es el esfuerzo al que está sometida a una pieza cuando las fuerzas aplicadas tienden a cortarla o desgarrarla. El ejemplo más claro de cortadura lo representa la acción de cortar con unas tijeras.

Esfuerzo normal

Esfuerzos axiales, son aquellos debidos a fuerzas que actúan a lo largo del eje del elemento.

Los esfuerzos normales axiales por lo general ocurren en elementos como cables, barras o columnas sometidos a fuerzas axiales (que actúan a lo largo de su propio eje), las cuales pueden ser de tensión o de compresión.

Además de tener resistencia, los materiales deben tener rigidez, es decir tener capacidad de oponerse a las deformaciones (d) puesto que una estructura demasiado deformable puede llegar a ver comprometida su funcionalidad y obviamente su estética.

Donde;

P; Fuerza aplicadaA; Unidad de área.

Fuerza cortante.

Es la suma algebraica de todas las fuerzas externas perpendiculares al eje de la viga (o elemento estructural) que actúan a un lado de la sección considerada.

La fuerza cortante es positiva cuando la parte situada a la izquierda de la sección tiende a subir con respecto a la parte derecha.

Momento flector.

Es una fuerza del tipo “par”, que contribuye a equilibrar la rotación del sólido en un eje perpendicular a su eje y fuera de su plano, y que produce sobre la viga un efecto de curvatura a lo largo de su eje.

El signo del momento flector, es importante resaltar que este no depende de su sentido de rotación, tal como sucede con el momento de equilibrio, sino más bien de la curvatura que sufre la viga por la aplicación del mismo. De tal manera que una curvatura cóncava hacia arriba se considera positiva, lo contrario es negativo.

Convención de signos.

La convención de signos más común, es aquella que considera positiva la

fuerza cortante que hace deslizar hacia arriba, la porción de viga situada a la

izquierda de la sección estudiada, en caso contrario se considera negativa. En

otras palabras cuando la sumatoria de fuerzas a la izquierda de la sección es

positiva la fuerza cortante tiene el mismo signo, igual para el caso contrario.

Diagramas de fuerza cortante y momento flector.

• Una carga o un punto de apoyo origina una línea vertical en el diagrama de fuerzas cortantes.

• Una carga uniformemente distribuida (rectángulo) origina una línea inclinada en el diagrama de fuerzas cortantes.

• Las regiones de la viga en donde no hay cargas aplicadas, se reflejan como líneas horizontales en el diagrama de fuerzas cortantes.

• Una carga no uniformemente distribuida (en forma de triángulo) origina un arco de parábola en el diagrama de fuerzas cortantes.

• Una línea horizontal en el diagrama de fuerzas cortantes implica una línea inclinada en el diagrama de momentos flexionantes.

• Una línea inclinada en el diagrama de fuerzas cortantes implica un arco de parábola en el diagrama de momentos flexionantes.

• Un arco de parábola en el diagrama de fuerzas cortantes implica una curva cúbica en el diagrama de momentos flexionantes.

EJERCICIOS.

Curva elástica

Solución

Empleando las ecuaciones de equilibrio.

Curva elástica.

FIN DE LA PRESENTACIÓN