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Propiedades mecánicas

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Explicación detallada de las Propiedades Mecánicas de los materiales.

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  • 1. COMPUTACIÓN APLICADA• NOMBRES: PAOLA LAGOS SALTOSCARLOS ROSERO FREIRE• CURSO: DÉCIMO “A”
  • 2. • DEFINICIÓN –(DEFINITION)• ANTECEDENTES MECÁNICOS – (BACKGROUNDON MECHANICAL)Pruebas de materiales• TIPOS COMUNES DE PROPIEDADESMECÁNICAS. (COMMONTYPES OF MECHANICALPROPERTIES)• ANÁLISIS DE FALLA - (FAILURE ANALISIS)
  • 3. DEFINICIÓN (Definition) Las propiedades mecánicas de un materialdescriben el modo en que este responde a laaplicación de una fuerza o carga; incluyendofuerzas de tensión, compresión, cizalla(corte),impacto, cíclicas o de fatiga, o fuerzas a altastemperaturas.http://tecnologiadelosplasticos.blogspot.com/2011/06/propiedades-mecanicas.html
  • 4. DEFINICIÓN (Definition) Las propiedades mecánicas se expresan entérminos de cantidades que son funcionesdel esfuerzo o de la deformación o ambassimultáneamente. El conocimiento de las propiedadesmecánicas de los metales permite poseer unaherramienta para comprender los distintosusos que se le dan a los mismos en laindustria. Cada uno de ellos puede cumpliróptimamente una función determinada deacuerdo a su diseño.http://tecnologiadelosplasticos.blogspot.com/2011/06/propiedades-mecanicas.html
  • 5.  Pruebas de materiales (Testing of Materials)Objetivo: Determinar la respuesta del material frente a laaplicación de una carga.𝐸𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 =𝑃(𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 )𝐴 (𝐴𝑟𝑒𝑎)En general, cuando se somete un material a un conjuntode fuerzas se produce tanto flexión, como cizallamiento otorsión, todos estos esfuerzos conllevan la aparición detensiones tanto de tracción como de compresión.
  • 6.  Esfuerzo deTensión: Cuando una barra es sometida auna carga de estiramiento, el esfuerzo de tensión es loque se opone a una fuerza que tiende a estirar elcuerpo.Se produce sometiendo al cuerpo a dos cargas de igualdirección y sentido contrario y divergentes. Cuando unabarra es sometida a una carga de estiramiento,
  • 7.  Esfuerzo de Compresión:Tiende a una reducción de volumen delcuerpo, y a un acortamiento del cuerpoen determinada direccióncomprimiéndolo. Esfuerzo Cortante:Las fuerzas aplicadas pueden inducir unefecto de deslizamiento de una parte delmismo con respecto a otra. En el área dedeslizamiento se produce un esfuerzocortante, o tangencial, o de cizalladuraque tiende a romper el elemento.t = F / Adonde,t: es el esfuerzo cortanteF: es la fuerza que produce elesfuerzo cortanteA: es el área sometida a esfuerzocortante
  • 8.  Esfuerzo deTorsión:Es provocado por dos fuerzas de sentido inversoen el que el eje de la pieza coincide con el eje degiro, tendiendo a girar el elemento. Esfuerzo de Flexión:Es la fuerza externa que comprime las carascercanas a la fuerza y tracciona la cara contraria.En la fibra neutra, que coincide en el ejelongitudinal de la pieza, no existe tracción nicompresión. Este esfuerzo tiende a desviar elelemento.UN MIEMBRO CARGADO SE DEFORMARÁ (CAMBIO EN SU FORMA)
  • 9.  Máquina Universal de Ensayo(UniversalTesting Machine-UTM)Máquina con la que es posible someter materiales a ensayos de tracción,compresión y corte para medir sus propiedades. La presión se logra medianteplacas o mandíbulas accionadas por tornillos o un sistema hidráulico.
  • 10. Esfuerzo (stress) Carga/Área original esforzadaDeformación (strain) Deformación/Longitud original
  • 11.  Elasticidad:Propiedad de un material envirtud de la cual lasdeformaciones causadas porla aplicación de una fuerzadesaparecen cuando cesa laacción de la fuerza. Plasticidad:Propiedad que permite almaterial soportar unadeformación permanente sinfracturarse.http://es.scribd.com/doc/16668578/RESISTENCIA-DE-MATERIALES
  • 12.  Propiedades Derivadas del DiagramaEsfuerzo/Deformación Resistencia al Impacto. Dureza Fatiga Fluencia Esfuerzo de Rotura.
  • 13.  Resitencia Dureza Ductilidad Módulo de Resiliencia Módulo de Tenacidad
  • 14. El término resistencia última está relacionado con el esfuerzo máximo que unmaterial puede desarrollar. La resistencia a la tension es el máximo esfuerzo detensión que un material es capaz de desarrollar.Ru= Carga Máxima/Área original esforzada.http://www.mcto.es/index.php/comentarios-mcto/76-resistencia-de-compresion.html
  • 15. RESISTENCIA A LATENSION:Aleaciones metálicas ymateriales compuestos.RESISTENCIA ACOMPRESIÓN:Esfuerzo máximo quepuede soportar unmaterial bajo una cargade aplastamientoRESISTENCIA ACORTANTE:Aleaciones metálicas ymateriales compuestosResistencia Específica=Resistencia de tensión / Densidad
  • 16. Código ACI 318-08 Cáp.2Limite de fluencia, fy. (Yiel Point Stress)•Tensión a partir dela cual elmaterial pasa a su-frir deformacionespermanentesResistencia a la fluencia (Yield strength)•Resistencia a la fluencia mínima especificada, opunto de fluencia del refuerzo. La resistencia a lafluencia o el punto de fluencia deben determinarseen tracción, de acuerdo con las normas ASTMaplicables
  • 17. Sin embargo en la mayoría de diagramas de esfuerzo/deformación de losmateriales el límite de fluencia no es sencillo de localizar. Por lo que esdeterminado a través de:MÉTODO DE LA DESVIACIÓN: que consiste en trazar una recta paralela a lacurva que cumple la ley de Hooke, separado una distancia de 0,2% o 𝜀 = o,oo2.El punto donde se cortan las dos gráficas es el límite de fluencia.http://materiales.azc.uam.mx/eam/Labsolidos/1Aspectosgeneralesdelcomportamientomec%C3%A1nico.pdf
  • 18. Tiene que ver con la deformabilidad relativa de un material bajocarga. Es la resistencia del material debido a la deformación elástica, yes determinada por el módulo de Elasticidad del material (E) omódulo deYoung.Módulo de Elasticidad: es lapendiente del diagrama de esfuerzo ydeformación en el rango de laproporcionalidad del esfuerzo ydeformación
  • 19. De tal modo que cuanto mayor es el modulo mas rígido es el material,o sea, menor es la deformación elástica que se origina cuando se aplicauna determinada tensión σ .Rigidez Específica=Módulo de tensión / DensidadTodas estas rigideces intervienen en la matriz de rigidez elemental querepresenta el comportamiento elástico dentro de una estructura:• Rigidez axial• Rigidez flexional• Rigidez frente a cortante• Rigidez torsional
  • 20.  La ductilidad es la propiedad de los materiales que le permiten serestirados a un grado considerable antes de romperse ysimultáneamente sostener una carga apreciable. Se dice que unmaterial no dúctil es quebradizo, esto es, se quiebra o rompe conpoco o ningún alargamiento.
  • 21. La ductilidad puede ser calculada de las siguientes 3 formas:1. Porcentaje de ductilidad: Deformación de Fractura X 100.2. Porcentaje de Elongación: relación entre el cambio de longituddespués del ensayo y la longitud original.% EL = 100(Lf-Lo)/Lo3. Porcentaje de reducción en Área: relación entre el cambio deárea después del ensayo y el área original.% RA = 100(Ao-Af)/Ao.Aleaciones forjadas son dúctiles y polímeros tienen alta ductilidad.Cerámica y aleaciones fundidas son frágiles y tienen poca o 0% deductilidad. Selecciones de material para procesos de manufactura talescomo doblado en frío deben basarse en esta propiedad.
  • 22. Máxima cantidad deenergía elástica porunidad de volumen queun material puedeabsorber, a baja velocidadde deformación, y esmedida por el área bajola parte lineal de la curvaesfuerzo/deformación. u= área triangular bajo el diagrama de laparte lineal.
  • 23.  Mientras más alto sea el contenido de carbono o aleaciónmás alto será el módulo de resiliencia.• Selección de materiales para componentes como ballesta,resorte tipo reloj, hojas de cuchillos, ejes de palos de golf,partes de máquina en caso de colisión a baja velocidad, etc.Deberían estar basados en esta propiedad.• La propiedad de resiliencia es inversamente proporcional almódulo de elasticidad, a menor es el módulo, más resilienciadel material. Mientras que esta propiedad es directamenteproporcional a la resistencia de fluencia del material
  • 24. hthttp://www.instron.com.ar/wa/glossary/Modulus-of-Toughness.aspxMáxima cantidad de energía plástica por unidad de volumen que unmaterial puede absorber, a baja velocidad de deformación, para producirfractura.El módulo de tenacidad es el trabajo realizado en una unidad de volumende material como una fuerza de tracción simple aumentada gradualmentedesde cero al valor que causa la ruptura.Se puede calcular como el áreacompleta en la curva de carga-deformación desde el origen a la ruptura.Tenacidad: es lacapacidad delmaterial deabsorber energíaen el rangoplástico delmaterial.
  • 25.  TENACIDAD: es también unamedida relativa de la capacidad deabsorción de energía de materialesbajo cargas de impacto (fuerza dealta velocidad), ya que en la pruebade impacto la energía absorbida porlas muestras, al producir la fractura,es medida. La resistencia asociada sedenomina RESISTENCIA DEIMPACTO. Materiales dúctiles tienen buenatenacidad y resistencia al impacto,mientras que los frágiles tienentenacidad insignificante.
  • 26. The ImpactTester(El probador de impacto) Se utiliza en ensayos para determinar latenacidad de un material .
  • 27. Son ensayos de impacto de una probeta entallada y ensayada aflexión en 3 puntos. El péndulo cae sobre el dorso de la probetay la parte. La diferencia entre la altura inicial del péndulo (h) y lafinal tras el impacto (h) permite medir la energía absorbida en elproceso de fracturar la probeta. En estricto rigor se mide laenergía absorbida en el área debajo de la curva de carga,desplazamiento que se conoce como resiliencia.
  • 28. Dos tipos principales de máquinas de ensayo son usadas: (1) La Izod en la cual una barra es fijada por un extremo como una viga envoladizo vertical y golpeada a una dada distancia encima de una especificadarotura, a través de la barra. (ASTM D4812-ISO180) (2) La Charpy, donde la probeta esta en forma horizontal y soportada cercade cada extremo y golpeada en el centro. (ASTM D6110-ISO179)http://tecnologiadelosplasticos.blogspot.com/2011/06/propiedades-mecanicas.html
  • 29. Transition temperature or nil ductility temp. (NTD)Temperatura de transición o de ductilidad nulaMuchos de los metales que son dúctiles bajo ciertas condiciones sevuelven frágiles si se alteran las condiciones. El efecto de la temperaturasobre la naturaleza de la fractura es de considerable importancia. Muchosaceros exhiben fractura dúctil a temperaturas elevadas y la rotura frágil abajas temperaturas. La temperatura por encima de la cual un material esdúctil y por debajo del cual es frágil es conocida como la temperatura detransición de Ductilidad Nula (NDT).
  • 30.  La ductilidad nula temperatura de transición de un metal representa el puntoen el que la energía de fractura pasa por debajo de un punto (típicamentepredeterminado para un estándar de prueba de impacto Charpy ). La ductilidad de un metal se valora de forma indirecta a través de la resiliencia. La temperatura NDT es la temperatura a la que el modo de fractura de loscambios de acero dúctil a frágilASTM E208 prueba de caída de peso para Ductilidad Nula o temperatura detransición de los aceros ferríticos
  • 31. IMPORTANCIAY USOLas transiciones fractura de resistencia de los aceros ferríticos utilizadosen la condición de roturas están notablemente afectados por latemperatura. Para una "baja" temperatura dada, el tamaño y la agudeza dela falla (muesca) determina el nivel de tensión requerida para la iniciaciónde la fractura por fragilidad. La importancia de este método de ensayoestá relacionada con el establecimiento de esa temperatura.
  • 32. Hardness (Dureza) La dureza expresa la resistencia a la deformación. Es una propiedadcompleja y cuando se accede a métodos por indentación openetración, factores como módulo elástico, resistencia al flujo,plasticidad y tiempo quedan involucrados. Las unidades de dureza derivan de la profundidad, ancho o área de laindentación realizada con alguna forma de estilo cargado. Sonnumerosos los aparatos propuestos y usados.
  • 33. Dependiendo del tipo de punta empleada y del rango de cargasaplicadas, existen diferentes escalas, adecuadas para distintos rangos dedureza. Las escalas de uso industrial actuales son las siguientes:Dureza Brinell• Emplea como puntauna bola de acerotemplado o carburode W. Para materialesduros, es pocoexacta pero fácil deaplicar. Poco precisacon chapas demenos de 6mm deespesor. Estimaresistencia atracción.Dureza Knoop• Mide la dureza envalores de escalaabsolutas, y sevaloran con laprofundidad deseñales grabadassobre un mineralmediante unutensilio con unapunta de diamante alque se le ejerce unafuerza estándar.Dureza Rockwell• Se utiliza comopunta un conode diamante (enalgunos casos bolade acero). Es la másextendida, ya que ladureza se obtienepor medición directay es apto para todotipo de materiales. Sesuele considerarun ensayo nodestructivo por elpequeño tamaño dela huella.
  • 34. Dureza Rockwellsuperficial• Existe una variante delensayo, llamadaRockwell superficial,para la caracterizaciónde piezas muydelgadas, comocuchillas de afeitar ocapas de materialesque han recibido algúntratamiento deendurecimientosuperficial.Dureza Shore• Emplea unescleroscopio. Se dejacaer un indentador enla superficie delmaterial y se ve elrebote. Esadimensional, peroconsta de variasescalas. A mayorrebote -> mayordureza. Aplicable paracontrol de calidadsuperficial. Es unmétodo elástico, no depenetración como losotros.Dureza Vickers• Emplea comopenetrador undiamante con forma depirámide cuadrangular.Para materialesblandos, los valoresVickers coinciden conlos de la escala Brinell.Mejora del ensayoBrinell para efectuarensayos de dureza conchapas de hasta 2mmde espesor.
  • 35.  Así como se especifican estos distintos ensayos existen para cada uno su forma derepresentación que por lo general consta del número de dureza, un código decomparación, la carga usada y la escala del método. De la misma forma hay normas ISO yASTM sobre los distintos métodos para realizar ensayos de dureza.
  • 36. Fatigue (Fatiga) La fatiga es el daño estructural progresivo y localizado que se producecuando un material se somete a somete a procesos repetidos de cargay descarga. Los valores máximos nominales de esfuerzo son menoresque el límite de la tensión máxima a la tracción , y pueden estar pordebajo del límite de tensión de fluencia del material.
  • 37.  El ensayo de fatiga se describe en "Manual on FatigueTesting",ASTM STP 91-A La mayoría de los ensayos de fatiga se realizan enmáquinas deflexión, de vigas rotativas o de tipovibratorio. En general los ensayos de fatiga se clasifican por elespectro de carga- tiempo, pudiendo presentarse como:- Ensayos de fatiga de amplitud constante. (evalúan elcomportamiento a la fatiga mediante ciclospredeterminados de carga o deformación, de amplitud yfrecuencia constantes)- Ensayos de fatiga de amplitud variable. (se evalúa el efectodel daño acumulado debido a la variación de la amplituddel esfuerzo en el tiempo)
  • 38. Límite de fatiga Corresponde a la máxima tensión alternante uniaxial que puedeaplicarse en un punto de una pieza real sometida a fatiga para que éstasoporte infinitos ciclos de carga sin llegar a romperse. El límite real de fatiga en un punto de una pieza es diferente del límiteideal de fatiga, debido a que las condiciones geométricas, de fabricacióny ambientales, de la pieza no coinciden con las del ensayo de fatiganormalizado.
  • 39. El comportamiento a lafatiga de los materialespuede ser estudiadomediante ensayos delaboratorio.(a) Materiales quemuestran un límite defatiga.(b) Materiales que nomuestran un límite defatiga.(c), (d), (e) y (f) cargasdinámicas usadas en losensayos de fatiga.
  • 40. Creep (Ensayo de fluencia) Deformación que evoluciona con el tiempo a tensiónconstante una vez aplicada una carga. El Creep ocurre en 3 pasos: Creep primario (vel. de def.disminuye), secundario (estacionario) y terciario (vel. dedef. aumenta y conduce a la rotura).
  • 41. Ensayos de creep Carga constante a una barra en tracción ocompresión a la temperatura de interés.(Norma ASTM E-139)La tensión verdadera no se mantiene constante
  • 42. Stress Rupture(Tensión de rotura) Es la máxima tensión que un material puede soportar al sertraccionado antes de que se produzca efecto de ahorcamiento, quees cuando la sección transversal del espécimen se comienza acontraer de manera significativa. Se obtiene realizando un ensayo de tracción y registrando la tensiónen función de la deformación (o alargamiento); el punto más elevadode la curva tensión-deformación es la tensión de rotura.ISO 527
  • 43.  Las pruebas de rotura por tensión son similares a la fluenciade prueba excepto que las tensiones utilizadas son más altosque en un ensayo de fluencia. Las pruebas de rotura portensión siempre se realiza hasta el fallo del material. Lavariable que se mide es el tiempo requerido para la falla.
  • 44. Failure Analysis(Análisis de Falla)Concentración de tensiones.-Es una ubicación en un objeto donde la tensión se concentra.Un objeto es más fuerte cuando la fuerza se distribuyeuniformemente sobre su superficie, por lo que una reducciónen el área se traduce en un aumento localizado de tensión.Las líneas de fuerza son más densos cerca del agujero
  • 45.  Se calcula mediante un factor de concentración de tensión,según la fórmulaSmáx=Kf*SDonde:S= Tensión en el miembro sin irregularidades.Kf= Factor de concentración de tensión.Smáx= Tensión local en la región de concentración de tensiones.Ejemplo de cálculo del factor Kf para una pieza de acero

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