Props Mecanicas

PROPIEDADES Y COMPORTAMIENTO MECÁNICO

ESFUERZO

En general el esfuerzo se define como la fuerza aplicada por

unidad de área, hay varios tipos de esfuerzos, como son,

esfuerzos en tensión, compresión, corte y flexión. El esfuerzo

se suele expresar en Pa (pascales) o en psi (libras por pulgada

cuadrada).

DEFORMACIÓN UNITARIA

Se define como el cambio de dimensión por unidad de longitud.

La deformación unitaria es adimensional y con frecuencia se expresa

en in/in o en cm/cm.

Al describir el esfuerzo y la deformación unitaria es útil imaginar que

el esfuerzo es la causa y la deformación unitaria el efecto.

Los esfuerzos de tensión y de corte se representan con los símbolos

y , respectivamente. Las deformaciones de tensión y de corte se

representan por los símbolos y , respectivamente.

DEFORMACIÓN ELÁSTICA

Se define como una deformación restaurable debido a un

esfuerzo aplicado; es decir, se presenta tan pronto como se

aplica la fuerza, permanece mientras se aplica el esfuerzo y

desaparece cuando se retira la fuerza.

DEFORMACIÓN PLÁSTICA

Es la deformación permanente de un material, en este caso

cuando se retira el esfuerzo el material no regresa a su forma

original.

ENSAYO DE TENSIÓN

CURVAS -

CURVA ESFUERZO INGENIERIL -

DEFORMACIÓN INGENIERIL

ESFUERZO Y DEFORMACIÓN INGENIERILES

EA

FingenierilEsfuerzo

o

_

A

A

l

lingenierilnDeformació

o

0_

En donde Ao es el área de la sección transversal original de la probeta

antes de que comience el ensayo, lo es la distancia original entre las

marcas de calibración y Δl es el cambio de longitud o elongación

después de haber aplicado la fuerza F.

RESISTENCIA A LA FLUENCIA

Límite elástico: es el valor crítico a partir del cual se inicia la deformación

plástica. (En metales, esfuerzo a partir del cual se inicia el deslizamiento o

mov de dislocaciones)

Límite de proporcionalidad: esfuerzo a partir del cual la relación esfuerzo

y deformación ingenieriles no es lineal.

RESISTENCIA A LA FLUENCIA

DUCTILIDAD

Es la cantidad de deformación que puede resistir un material sin romperse

PROPIEDADES ELÁSTICAS

allongitudin

lateral

Módulo de Poisson

ESFUERZO Y DEFORMACIÓN REALES

A

FalEsfuerzo Re_

A

AlrealnDeformació

lo

0lnln_

En donde A es el área de la sección transversal de la probeta al

aplicarse la carga máxima, lo es la distancia original entre las marcas

de calibración y l es la longitud real después de haber aplicado la

fuerza F.

ESFUERZO Y DEFORMACIÓN FRACTURA

ESFUERZO Y DEFORMACIÓN INGENIERILES

(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning™ is a trademark used herein under license.

EJERCICIOS

ENSAYO DE TENSIÓN BARRA DE COBRE

Barra de cobre, diámetro inicial de 0.505 in y

long 2.0 in

Después de fractura, la longitud medida fue de

3,014 in y el diámetro 0.374 in. Calcular:

•Modulo fluencia criterio 0.2%

•Resistencia Tensil

•Módulo de elasticidad

•% Elongación, % Reducción de área

•Esfuerzo ingenieril y real en fractura


ENSAYO DE FLEXIÓN

Se emplea especialmente para probar materiales frágiles

Se aplica carga en tres puntos y se provoca la flexión, se provoca esfuerzo de

tensión en el centro




ENSAYO DE FLEXIÓN

F = carga de fractura o de ruptura

L = distancia entre los dos puntos de apoyo

w = ancho de la muestra

h = altura de la muestra

Resistencia a la flexión 4 puntos


ENSAYO DE FLEXIÓN (c

)2003 B

roo

ks/

Co

le, a

div

isio

n o

f T

ho

mso

n L

earn

ing,

Inc.

T

ho

mso

n L

earn

ing™

is

a tr

adem

ark u

sed h

erei

n u

nder

lic

ense

.


ENSAYO DE FLEXIÓN

= deflexión o flecha de la viga cuando se aplica la fuerza F


ENSAYO DE FLEXIÓN

La resistencia a la tensión de un material compuesto reforzado con fibras de

vidrio es 45000 psi y el módulo de flexion es 18 * 106. Una muestra tiene 0.5

in de ancho, 0.375 in de alto, 8 in de long y se sostiene entre dos varillas de 5

in de distancia. Calcular la fuerza necesaria para romper el material y la

deflexión de la muestra en la fractura


ENSAYO DE FLEXIÓN


ENSAYO DE DUREZA

Mide la resistencia de la superficie de un material a ser penetrado por un objeto


ENSAYO DE DUREZA


ENSAYO DE DUREZA

Figura 2

D = diámetro de la bola

d = diámetro de la huella

BRINELL ROCKWELL


ENSAYO DE DUREZA

Resistencia a la tensión (psi) = 500 HB Rm [kg/mm2]


ENSAYO DE DUREZA


ENSAYO DE IMPACTO


(c)2

003 B

roo

ks/

Co

le, a

div

isio

n o

f T

ho

mso

n L

earn

ing,

Inc.

T

ho

mso

n L

earn

ing™

is

a tr

adem

ark u

sed h

erei

n u

nder

lic

ense

.


ENSAYO DE IMPACTO


PROPIEDADES DE IMPACTO

La energía absorbida y la temperatura de transición de dúctil a

frágil son muy sensibles a las condiciones de carga.

La mayor rapidez de aplicación de energía a la probeta reduce la

energía absorbida y aumenta la temperatura de transición de

dúctil a frágil


PROPIEDADES DE IMPACTO

El tamaño de los especímenes afecta los resultados. Un

elemento grueso es más difícil que se deforme; por lo tanto se

requiere energías menores para romperlos

Una grieta superficial en punta y aguda permite menores

energías absorbidas que en muesca en V

FRACTURA (c

)2003 B

roo

ks/

Co

le, a

div

isio

n o

f T

ho

mso

n L

earn

ing,

Inc.

T

ho

mso

n L

earn

ing™

is

a tr

adem

ark u

sed h

erei

n u

nder

lic

ense

.

FACTOR INTENSIDAD DE ESFUERZOS

f = factor geométrico

= esfuerzo aplicado

a = tamaño de la imperfección

FRACTURA

(c)2

003 B

roo

ks/

Co

le, a

div

isio

n o

f T

ho

mso

n L

earn

ing,

Inc.

T

ho

mso

n L

earn

ing™

is

a tr

adem

ark u

sed h

erei

n u

nder

lic

ense

.

KC = tenacidad a la fractura

La tenacidad a la fractura depende

del espesor de la muestra

KlC = tenacidad a la fractura en

deformación plana

FRACTURA

• Imperfecciones más grandes reducen el esfuerzo admisible

• La capacidad de un material para deformarse es determinante

• Piezas más gruesas y rígidas de un material dado tienen menor

tenacidad a la fractura que los materiales delgados

•Al aumentar la rapidez de aplicación de la carga, como ensayo de

impacto, se suele reducir la tenacidad a la fractura del material

TENACIDAD A LA FRACTURA

FRACTURA

• Al aumentar la temperatura aumenta normalmente la tenacidad a la

fractura

• Un tamaño de grano pequeño mejora la tenacidad a la fractura;

mientras que si hay más defectos puntuales y dislocaciones se reduce

la tenacidad a la fractura

• Se puede tener mayor tenacidad a la fractura si se tienen esfuerzos

de compresión inducidos superficialmente

TENACIDAD A LA FRACTURA

FRACTURA

RESISTENCIA CRECIMIENTO DE GRIETAS

FRACTURA

FRACTURA FRÁGIL (c

)2003 B

roo

ks/

Co

le, a

div

isio

n o

f T

ho

mso

n L

earn

ing,

Inc.

T

ho

mso

n L

earn

ing™

is

a tr

adem

ark u

sed h

erei

n

under

lic

ense

.

PROPIEDADES MICROESTRUCTURALES DE LA

FRACTURA EN MATERIALES METÁLICOS

(c)2

003 B

roo

ks/

Co

le, a

div

isio

n o

f T

ho

mso

n L

earn

ing,

Inc.

T

ho

mso

n L

earn

ing™

is

a tr

adem

ark u

sed h

erei

n u

nder

lic

ense

.





FATIGA

Es la disminución de la resistencia de un material dados esfuerzos repetitivos,

que pueden ser mayores o menores que la resistencia a la cedencia

Fenómeno común en componentes sujetos a cargas dinámicas

Estos esfuerzos pueden ser menores o mayores que la resistencia a la cedencia

Lo esencial, es que un componente se va a someter a fuerzas mecánicas,

eléctricas, térmicas, magnéticas u otras, que posiblemente sean cíclicas, en un

determinado período de tiempo

ETAPAS FALLA POR FATIGA

Este tipo de fallas se presentan en tres etapas

Inicia o nuclea una grieta diminuta, generalmente en la superficie

La grieta se propaga en forma gradual, a medida que la carga continúa

cíclicamente

Finalmente, sucede la fractura en forma repentina, cuando su sección

transversal restante es muy pequeña para soportar la carga aplicada.




Las marcas de playa no se presentan cuando el material e muy blando o muy

duro


Patrón de Chevron en acero templado. Falla en forma frágil por golpe de

impacto

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COMPARACIÓN CON FRACTURA FRÁGIL


Detalle de las grietas formadas

en una fractura frágil, donde se

entrecruzan diferentes grietas.

Líneas de Wallner

COMPARACIÓN CON

FRACTURA FRÁGIL



MEDIDA DE LA RESISTENCIA A LA FATIGA




Materiales ferrosos

Materiales NO ferrosos



22

minmax ra

Amplitud de tensión o Alternancia

2

minmax

m

Tensión media minmax r Intervalo de tensiones

min

max

R Relación de amplitud nKC

dN

da)( Vel crecimiento de

grietas


nKCdN

da)( Vel crecimiento de

grietas

2/2/

1nnnn a

da

CfdN

2/

2

2

2

2

2

2

nnn

n

i

n

c

Cfn

aa

N

ai = es el tamaño inicial de la imperfección

ac = es el tamaño necesario para que haya fractura.

n, C = constantes del material

EJERCICIOS

Una placa de acero que se usa en un reactor nuclear tiene una tenacidad a

la fractura por deformación plana de 80000 psi√in, y se expone a un

esfuerzo de 45000 psi durante el servicio. Diseñar un procedimiento de

inspección de prueba capaz de determinar una grieta en la orilla de la

placa, antes de que crezca con rapidez catastrófica:

Una grieta de 0.8 in de profundidad en la orilla es relativamente fácil de

observar. Aplicar PND, líquidos penetrantes.

EJERCICIOS

Se tiene una cerámica de SiAlON con resistencia a la tracción de 60000

psi. Una muestra de ella presenta una grieta delgada de 0.01 in de

profundidad. Dicha parte falla en forma inesperada a un esfuerzo de 500

psi por propagación de la grieta. Estime el radio de la punta de la grieta.:

EJERCICIOS

Diseñe una placa de soporte de 3 in de ancho de sialón, la cual tiene una

tenacidad a la fractura de 9000 psi√in, que resista una carga de tensión

de 40000 lb.

EJERCICIOS

Una placa de acero de alta resistencia tiene una tenacidad a la fractura en

deformación plana de 80 MPa√m, y se carga alternativamente a 500 MPa a

tensión y 60 MPa a compresión. La placa debe durar 10 años, y el esfuerzo se

aplica con una frecuencia de una vez cada 5 minutos.

C =1.62*10-12 y n = 3.2

EJERCICIOS

Una placa de acero de alta resistencia tiene una tenacidad a la fractura en

deformación plana de 80 MPa√m, y se carga alternativamente a 500 MPa a

tensión y 60 MPa a compresión. La placa debe durar 10 años, y el esfuerzo se

aplica con una frecuencia de una vez cada 5 minutos.

El esfuerzo máx es 500 MPa. El esfuerzo min es cero , no 60MPa de

compresión, porque las grietas no se propagan en compresión..

Mpa5000500minmax

EJERCICIOS

Se calcula la cantidad mínima de ciclos que debe resistir la placa.

Suponiendo f = 1 para todas las longitudes de grieta y se observa que

C = 1.62*10-12 y n= 3.2

2/2.32.32.312

2/2.322/2.32

500110*62.12.32

008.021051200

ia

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