Esfuerzo y deformación
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Esfuerzo y deformación Esfuerzo y deformación Presentation Transcript

  • Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño” Extensión Porlamar ESFUERZO Y DEFORMACIÓN Ariannys García
  • Introducción Robert Hooke estableció en el año de 1676, en Inglaterra, ut tensio sic vis, lo que significa "como sea la deformación así será la fuerza..." es decir, que los esfuerzos o aplicados son directamente proporcionales a las deformaciones producidas, a esta afirmación, se le conoce como la Ley de Hooke. Para hacer que esta ley sea más de aplicabilidad en general, se hace conveniente definir los términos "esfuerzo" y "deformación". Las tipos de esfuerzos más comunes y sus correspondientes deformaciones serian esfuerzo de: tensión, compresión, corte, flexión y torsión. El Módulo de Young, también llamado Módulo de Elasticidad, representa el grado de rigidez de un material frente a esfuerzos axiales y flectores, independientemente de la forma, tamaño y vínculos de unión del elemento o pieza que conforme. El Módulo de Elasticidad E se define como la pendiente de la recta que inicialmente se forma en un gráfico de esfuerzo - deformación.
  • Definición de esfuerzo En física e ingeniería, se le 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= Donde: σ = Esfuerzo o fuerza por unidad de área (valor medio). P=Carga aplicada. A = Área de sección transversal. La expresión σ = P/A representa el esfuerzo promedio en toda la sección transversal “A”. Es decir que en la sección transversal A existen puntos en donde el esfuerzo σ es mayor y existen puntos en donde el esfuerzo σ es menor.
  • Clasificación de los esfuerzos •Fuerza: Son esfuerzos que se pueden clasificar debido a las fuerzas. Generan desplazamiento. Dependiendo si están contenidos (o son normales) en el plano que contiene al eje longitudinal tenemos: Contiene al eje longitudinal: •Tracción: Es un esfuerzo en el sentido del eje. Tiende a alargar las fibras. •Compresión: Es una tracción negatia. Las fibras se acortan. Normal al plano que contiene el eje longitudinal: •Cortadura: Tiende a cortar las piezas mediante desplazamiento de las secciones afectadas. •Momento: Son esfuerzos que se pueden clasificar debido a los momentos. Generan giros. Dependiendo si están contenidos (o son normales) en el plano que contiene al eje longitudinal tenemos: Contiene al eje longitudinal: •Flexión: El cuerpo se flexa, alargándose unas fibras y acortándose otras. Normal al plano que contiene el eje longitudinal: •Torsión: Las cargas tienden a retorcer las piezas.
  • Otros tipos de esfuerzos •Esfuerzos compuestos: Es cuando una pieza se encuentra sometida simultáneamente a varios esfuerzos simples, superponiéndose sus acciones. •Esfuerzos variables: Son los esfuerzos que varían de valor e incluso de signo. Cuando la diferencia entre el valor máximo y el valor mínimo es 0, el esfuerzo se denomina alternado. Pueden ocasionar rotura por fatiga. Esfuerzos Normales y Axiales •Esfuerzos normales: son aquellos debidos a fuerzas perpendiculares a la sección transversal. •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.
  • Definición de Deformación Es el cambio en el tamaño o forma de un cuerpo debido a la aplicación de una o más fuerzas sobre el mismo o la ocurrencia de dilatación térmica. Todo material cambia de tamaño y de forma al ser sometido a carga. 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: Ɛ= Donde ∆s es la longitud inicial de la zona en estudio y ∆s’ la longitud final o deformada. Es útil para expresar los cambios de longitud de un cable o un prisma mecánico. La deformación unitaria se obtiene dividiendo el cambio en la longitud = L – Lo Ɛ= L – Lo/Lo δ= deformación total: L – Lo
  • Tipos de Deformación •Deformación Plástica: Cambio permanente de forma o dimensión debido a una fuerza mecánica mayor que el límite elástico (proporcional) del material bajo presión, que no recupera su forma original al eliminar la fuerza deformante. La fuerza que excede el límite proporcional, hace que los átomos del enrejado cristalino se desplacen hasta el punto de no poder volver más a su posición original. •Deformación Elástica: Cambio temporal de forma producido por una fuerza mecánica dentro del límite elástico (proporcional) el material bajo presión, recuperándose la forma y dimensión original al eliminar la fuerza deformante. La fuerza, al estar por debajo del límite proporcional, hace que los átomos del enrejado cristalino se desplacen sólo en valores tales que, al disminuir aquélla, vuelvan a su posición original.
  • Diagrama esfuerzo‐deformación Es la curva resultante del ensayo a tracción que representa los valores del esfuerzo y la deformación unitaria producida en la probeta. a) Límite de proporcionalidad σp: Se observa que va desde el origen O hasta el punto llamado límite de proporcionalidad. b) Limite de elasticidad o limite elástico σe: Es la tensión más allá del cual el material no recupera totalmente su forma original al ser descargado. c) Punto de fluencia σf: Es aquel donde en el aparece un considerable alargamiento o fluencia del material. d) Esfuerzo máximo σmax: Es la máxima ordenada en la curva esfuerzo-deformación. e) Esfuerzo de Rotura σu: Verdadero esfuerzo generado en un material durante la rotura.
  • Ley de Hooke Analiza cómo los materiales sometidos a tracción tienen un periodo de comportamiento inicial elástico, en el cual los alargamientos que experimenta el material son proporcionales a las fuerzas que los originan. Al aplicar una fuerza F aumenta y llegará un momento en el cual los esfuerzos no son proporcionales a las deformaciones que producen, sino que se empiezan a producir alargamientos mayores que en el periodo de comportamiento elástico. Robert Hooke quien presentó gráficamente en un diagrama fuerza – deformación los valores obtenidos al someter a tracción diferentes materiales. Demostró que antes de llegar a la rotura poseían un intervalo en que las deformaciones eran proporcionales a las fuerzas extensoras. La denominada Ley de Hooke constituye la base de la Resistencia de Materiales y es válida dentro de lo que se denomina régimen lineal elástico. Esta ley establece que si la tensión normal σ se mantiene por debajo de un cierto valor σp, llamado tensión de proporcionalidad, las deformaciones específicas y las tensiones son directamente proporcionales. σ =E.Ɛ E: Recibe el nombre de Módulo de Elasticidad Longitudinal, o módulo de Young. El valor de E es una característica de cada material.
  • Definición de Torsión 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 la dos curvas. En lugar de eso una curva paralela al eje se retuerce alrededor de él.
  • Tipos de Torsión •Torsión uniforme: se dice que una barra trabaja a torsión uniforme cuando se cumplan las dos siguientes condiciones: El único esfuerzo presente es un momento torsor y este es constante a lo largo de ella y además sus extremos pueden alabear libremente. •Torsión no uniforme: se dirá que la torsión no es uniforme cuando se cumplan alguna de las dos condiciones mencionadas anteriormente en torsión uniforme. •Torsión mixta: en el caso de una viga sometida a torsión, el momento externo en una sección es equilibrado por las tensiones originadas por la torsión pura y las originadas por la torsión no uniforme. Las primeras están presentes siempre y las segundas cuando la forma seccional alabea y, o bien existe alguna restricción al alabeo en alguna sección o el momento torsor es variable a lo largo de la viga. Cuando existen los dos tipos detorsión, se puede decir que existe torsión mixta.
  • Conclusión Elementos de máquinas, es una asignatura básica para todo ingeniero industrial, sin ella al ingeniero le sería imposible el calcular los esfuerzos a los que va a estar sometida cualquier estructura o elemento de una estructura conllevando una disminución de la eficiencia a la hora de fabricar o diseñar cualquier cosa, ya que ésta nos da las bases para poder entender cómo es que es mejor cierto material o alguna estructura. La fuerza y la deformación absoluta no definen adecuadamente para efectos comparativos las características de un material, es necesario establecer la relación entre el esfuerzo y la deformación unitaria Se entiende por esfuerzo como la razón de una fuerza aplicada respecto al área sobre la que actúa, y deformación como el cambio relativo de las dimensiones o formas de un cuerpo como resultado de la aplicación de un esfuerzo, bien sea elástica o plástica.