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PROPIEDADES MECANICAS

PROPIEDADES MECANICAS

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  • 1. UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATOCOMPUTACIÓN APLICADAINTEGRANTES:o Medina Janetho Tibán Paulina
  • 2. DEFINICIÓNANTECEDENTES DE ENSAYOSMECÁNICOS DE MATERIALESTIPOS DE PROPIEDADESMECÁNICAS COMUNESANÁLISIS DE FALLASSon las propiedades que tienen que vercon el comportamiento de losmateriales bajo cargas.
  • 3. ANTECEDENTES MECÁNICOS DE LOS ENSAYOS DE LOSMATERIALES(Background on Mechanical Testing of Materials)OBJETIVO: Determinar la respuesta de los materiales ala aplicación de una fuerza.Tiende a separar aun miembro aparte.•ESFUERZO DETENSIÓN:Tiende a aplastar aun cuerpo.•ESFUERZO DECOMPRESIÓN:
  • 4. Tiende a curvar un miembro.• ESFUERZO DE FLEXIÓN:Tiende a dividir a unmiembro.•ESFUERZOCORTANTE:Tiende a torcer unmiembro•ESFUERZOTORSIONAL:
  • 5. Un miembro cargado se deforma (al cambiar de forma).Deformación: Cambiar de longitud.Deformación Unitaria:Deformación/Longitud de los miembros
  • 6. UTM es usado para medir lasrespuestas de los materiales a lastres principales formas de esfuerzos(Tensión, Compresión, Corte)
  • 7. Diagrama Esfuerzo/DeformaciónElasticidad: Habilidad de los materiales para regresar a su forma original al ser descargados.Plasticidad: Habilidad de los materiales que pasa por una deformación permanente sin fractura.Carga/ (Área de esfuerzo original) ------------------------- EsfuerzoDeformación/ (Longitud original) -------------------------- Deformación UnitariaGeometría-Dependiente--------------------------------------- Geometría-IndependienteDiagrama -------------------------------------------------------- Diagrama
  • 8. TIPOS DE PROPIEDADES MECÁNICAS COMUNES(Common Types of Mechanical Properties) Propiedades derivadas del diagrama esfuerzo/deformación Resistencia al impacto Dureza Fatiga Fluencia lenta Ruptura por tensión
  • 9. PROPIEDADES DERIVADAS DEL DIAGRAMAESFUERZO/DEFORMACIÓN(Properties Derived from Stress/Strain Daig)a) Roturab) Rigidezc) Ductilidadd) Módulo de Resilienciae) Módulo de dureza
  • 10. a) RESISTENCIA A LA ROTURA(Ultimate Strength)Resistencia máxima de tensión del materialpara cambiar de forma, y es igual a:Carga máxima/ Área de esfuerzo originalResistencia a la tracción(Aleación metálica (Aceros), Compuestos (FRP))Resistencia a la compresión(Hierros fundidos, T.S. Polímeros, Cerámicas)Resistencia al corte =40% de la resistencia a la tracciónResistencia Especifica =Resistencia a la tracción/densidad
  • 11.  El punto de fluencia es la tensión que corresponde al punto de inicio a ladeformación plástica. Este punto en algunos materiales del diagramaesfuerzo/deformación está indicado por una pequeña región plana(Cambios en la deformación bajo una carga constante). El esfuerzo permitido (seguro) en el esfuerzo mecánico debe estar muy pordebajo de este punto.B) PUNTO DE FLUENCIA/LÍMITE DEFLUENCIA
  • 12.  Sin embargo, en la mayoría de los materiales en el diagrama esfuerzo-deformación, este punto no es fácil de localizar. Dicho punto se determinamediante el método de desplazamiento (el punto de intersección de la curvay una línea dibujada desde el punto. 2%, paralelo a la pendiente E), y elesfuerzo asociado se denomina límite de fluencia.B) PUNTO DE FLUENCIA/LÍMITE DEFLUENCIA
  • 13. RIGIDEZ(Stiffness )Es la resistencia del material debido a la deformación elástica, y se determina por elmódulo de elasticidad del material (E) o Módulo de Young.Se mide por lapendiente de la partelineal de la curva.Cuanto mayor sea lapendiente (E), el másmaterial es más rígido.Cerámicas, aleacionesmetálicas, compuestosGr./Epóxicas tienenuna alta rigidezrigidez específica = límite de rotura del material / densidad
  • 14. DUCTILIDAD (Ductility)%Ductilidad =tensión a la fractura* 100% Elongación =cambio en lalongitud/longitudinicial% Reducción enÁrea = cambio en laárea/área inicialEs una propiedad que mide la de elasticidad de un material, y se calcula por una de lassiguientes 3 fórmulas:
  • 15. DUCTILIDAD (Ductility)Aleaciones forjadasson dúctiles ypolímeros tienenuna alta ductilidadCerámicas yaleaciones fundidasson frágiles y tienenpoca o 0%ductilidadLoa materialesseleccionados paralos procesos defabricación talescomo doblado enfrío, forjado, yextrusión debebasarse en estapropiedad. (30%-50% de ductilidad).
  • 16. Esta propiedad esdirectamenteproporcional a laresistencia a lafluencia delmaterial.La selección de materiales paracomponentes como ballesta, muelle de reloj,hojas de cuchillos, palos de golf, parte de lamáquina en caso de colisión a bajavelocidad, etc se debe basar en estapropiedad.Resiliencia es unapropiedad inversamenteproporcional al módulode elasticidad, mientrasmenor es el módulo,más resistente es elmaterial.Máxima cantidad de energía elástica por unidad de volumen que un material puedeabsorber, a baja velocidad de deformación, y se mide por el área bajo la parte linealde la curva esfuerzo/ deformaciónMódulo deResiliencia
  • 17. Máxima cantidad deenergía plástica porunidad de volumenque un materialpuede absorber, abaja velocidad dedeformación, paraproducir fractura, y semide por el área totalbajo la curva detensión / deformación
  • 18. RESISTENCIA DE IMPACTO(Impact Strength)Los materiales frágiles como la cerámica yaleaciones fundidas tienen tenacidadinsignificante.Materiales dúctiles (como la mayoría de losmetales y polímeros) tienen una buenatenacidad y resistencia al impacto.Es una medida relativa de la capacidad de absorción deenergía de materiales bajo cargas de impacto (fuerzade alta velocidad
  • 19. El ensayador de impacto .-(tipo péndulo) utiliza cualquierade los dos probetas entalladas estándar, la probetaCharpy (horizontal en forma de viga I) o la Izod (viga envoladizo vertical) para medir la energía requerida (ft.lb)para fracturar la probeta.
  • 20.  La temperatura de transición o temperatura de ductilidadnula, es una temperatura en virtud del cual, el materialdúctil se vuelve frágil. Bajo esta temperatura, la durezadisminuye. En la selección de materiales para unaaplicación de baja temperatura, para evitar ladisminución de tenacidad, la temperatura de transicióndel material seleccionado debe ser inferior a latemperatura de aplicación.
  • 21. Estudio de caso de la selección de materiales:Dos materiales están disponibles de la siguiente manera: acero de bajo carbono aluminio de la misma resistencia a la fluencia que elacero
  • 22. Seleccionar un tipo de material para realizar el ensayo delimpacto en la máquina para las siguientes aplicaciones: Al realizar el impacto en la máquina, la probeta debepermanecer intacta después de un impacto de bajavelocidad. Un mejor equipo de protección en caso de colisión dealta velocidad.
  • 23.  Absorción de energía elástica Módulo de resiliencia Seleccionar un W con el más alto M. o R. Seleccionar un W con el más bajo E. Seleccionar aluminio (ESt=3EAl)
  • 24.  Absorción de energía plástica Módulo de tenacidad Seleccionar un W con el más alto M. o T. Seleccionar un W con el más bajo % el. Seleccionar acero (St%=3Al%el)
  • 25. La resistencia del material de la superficie contra lahendidura. La superficie -. La dureza sirve como un factor en laselección de un material para aplicaciones de contactodeslizante, tales como engranajes, frenos y embragues,rodamientos de bolas / rodillos, etc
  • 26.  Esta propiedad -. Está especificado en los planos deingeniería para fines de tratamiento fabricación o calor. Las aleaciones metálicas -. Tienen buena dureza,aleaciones de fundición y cerámica son materiales muyduros.
  • 27.  El tipo más común de medición (destructiva) se basa enla calibración ya sea la profundidad (Rockwell, Rockwellsuperficial) o el diámetro (Brinell, Vickers, Knop) deimpresión de la izquierda de obligar a un penetrador enla superficie del material.Otras medidas (no destructiva) son dependientes de lafrecuencia natural (sonodur), la altura de la propiedad derebote (orilla) de los materiales.
  • 28. Penetrador Carga AplicaciónDiamante 1g a 2000 g Microdureza de los aceros suaves a lacerámica.Bola 500 y 3000 Kg Aceros y metales blandos hasta 40HRCBola 100 Kg Aceros suaves y metales no ferrososBola 15, 30 y 45 Kg Metales blandos finosDiamante 15, 30 y 45 Kg Chapas metálicas delgadas durasDiamante 50 Kg Carburos cementadosBola 10 Kg PolímerosAguja Resorte ElastómerosDiamante 150 Kg Metales endurecidos (espesor)
  • 29. Ejemplo: 50 -60 HRC significa: un valor de dureza de50 a 60 utilizando la escala Rockwell C. 85 HR15T significa: un valor de dureza máxima de85 utilizando el Rockwell Superficial. 185-2401kgF HV significa: un valor de dureza de 185 a240 con el probador de dureza Vickers y una carga deprueba de 1 kilogramo-fuerza. 500200gF HK min. significa: un valor de dureza mínima de500 con el medidor de dureza Knoop y una carga deprueba de 200 gramos-fuerza.
  • 30. Los materiales fallan debido a una tensión alterna repetida(muy por debajo de la resistencia a la fluencia) sedenomina falla por fatiga. Falla por fatiga se producen después de una serie deciclos (vida) de las tensiones. Resistencia a la fatiga es un factor importante en elproceso de selección de materiales para aplicaciones decarga cíclica.
  • 31.  Un eje de rotación bajo una carga transversal se utilizapara determinar la capacidad de un material para resistirtensiones cíclicas. Un punto de la superficie a través depuntos de entrada una inversión completa de la tensión ala compresión con cada rotación. La fuerza (S) y elnúmero de ciclos (N) en las que el componente no seregistran. S y N son compilados para diferentescondiciones de carga, y se utilizan para la construccióndel digrama de fatiga S-N.
  • 32.  El límite de resistencia es una resistencia a la fatiga enlas que el componente tiene vida indefinida. La resistencia a la fatiga de los metales de ingenieríason aproximadamente el 50% de su resistencia a latracción, la cerámica no se utilizan en la carga cíclica,materiales poliméricos y materiales compuestos son muysujetos a la fatiga.
  • 33.  Es un proceso lento de la deformación plástica que seproduce cuando un material está sometido a una cargaconstante (esfuerzo) por debajo de la resistencia a lafluencia para una cierto período de tiempo.
  • 34.  * La mayoría de los metales sólo se deforman cuandoestán sometidos a una temperatura elevada (0,5 de sutemperatura de fusión absoluta). * El flujo plástico puede ser un factor importante deselección con metales de baja temperatura de fusión ypolímeros.
  • 35.  * El ensayo del flujo plástico se lleva a cabo simplementesometiendo a tracción a un espécimen bajo una cargaconstante. La deformación unitaria es medida dentro de un períodode tiempo. * La deformación plástica se produce en 3 etapas;decreciente, en estado estacionario, y el aumento devalores, como se muestra en la figura.
  • 36.  Es un esfuerzo requerido para causar una promedio devalores especificados del flujo plástico una temperaturadada. Los valores más comunes son 1% en 10,000 hr, y1% en 100,000 hrAleación70°F Resistencia ala Tracción(psi)800°F-Esfuerzopara 1%de elongaciónpara10,000 Hr1200°F-Esfuerzopara 1%de elongaciónpara100,000 Hr0,20 % acero al carbono 62,000 35,100 200,0000,50 % molibdeno 64,000 39,000 500,0000,08 % a 20% acero alcarbono1,00 % cromo 75,000 40,000 1,5000,60 % molibdeno0,20 % C acero304 acero inoxidable 85,000 28,000 7,00019 % cromo9% níquel
  • 37.  Es similar al ensayo de flujo plástico se determina elesfuerzo en la que una parte fallará bajo una cargaconstante a temperatura elevada, sin embargo esdiferente de dos maneras:1) Las variables controladas son el esfuerzo y latemperatura, y2) la variable medida es el tiempo requerido para la rotura.
  • 38. Esta prueba tiene la ventaja porque requiere menor tiempopara realizar el ensayo. El ensayo esfuerzo de rotura es importante parametales y cerámica ya que son destinados a un serviciode alta temperatura. Esta prueba no se realizanormalmente en polímeros.
  • 39. CONCENTRACIÓN DE ESFUERZOS Si un miembro bajo una carga contiene una ranura,agujero, cualquier irregularidad en la geometría, elesfuerzo inducido en el área de la ranura del elementose ampliará por un factor de concentración de esfuerzos:Smax=Kf*S
  • 40. Cuando, Kf, es el factor de concentración de esfuerzos y apareceen las tablas de diferentes irregularidades en lageometría bajo diferentes condiciones de carga (es decir,la tensión, flexión, torsión). S, es el esfuerzo en el elemento sin ningunairregularidad en la geometría (es decir, Carga/Área). Smax, es el esfuerzo local en la zona de concentraciónde esfuerzos.

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