ESFUERZO Y DEFORMACIÓN

REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAINSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO

SANTIAGO MARIÑOEXTENSIÓN - CIUDAD OJEDA ZULIA

CÁTEDRA: ELEMENTO DE MAQUINA

Autor:AMAYA GILBERTO E.

C. I. V-14951830

Mayo, 2015

ORIGENES

Robert Hooke (Freshwater, 18 de julio de 1635 - Londres, 3 de marzo de 1703) científico inglés. Fue uno de los científicos experimentales más importantes de la historia de la ciencia, polemista incansable con un genio creativo de primer orden. Sus intereses abarcaron campos tan dispares como la biología, la medicina, la cronometría, la física planetaria, la microscopía, la náutica y la arquitectura.

Ing. G. Amaya

Robert Hooke

Definir e interpretar el diagrama de esfuerzos vs. Deformación.

Entender los esfuerzos límites.

Calcular los factores y rangos de seguridad.

Participó en la creación de la primera sociedad científica de la historia, la Royal Society de Londres. Sus polémicas con Newton acerca de la paternidad de la ley de la gravitación universal han pasado a formar parte de la historia de la ciencia.

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ESFUERZO

Son las fuerzas intensas, debido a las cargas, sometidas a un elemento resistente.

Por eso el esfuerzo se define aquí como la intensidad de las fuerzas componentes internas distribuidas que resisten un cambio en la forma de un cuerpo.

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Carga. Es la fuerza exterior que actúa sobre un cuerpo.

Consecuencias:Resistencia. Es cuando la carga actúa y produce deformación. Es la capacidad de un cuerpo para resistir una fuerza aun cuando haya deformación.Rigidez. Es cuando la carga actúa y NO produce deformación. Es la capacidad de un cuerpo para resistir una fuerza sin deformarse.

Tipos de carga:Carga estática. Se aplica gradualmente desde en valor inicial cero hasta su máximo valor.Carga dinámica. Se aplica a una velocidad determinada. Pueden ser:Carga súbita, cuando el valor máximo se aplica instantáneamente; Carga de choque libre, cuando está producida por la caída de un cuerpo sobre un elemento resistente.Carga de choque forzado, cuando una fuerza obliga a dos masas que han colisionado a seguir deformándose después del choque.

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A menudo se realizan una serie de pruebas a los materiales (fundamentalmente metales) para ver su comportamiento, a estas prueba se les llama ensayos. A partir de estos, se puede determinar:•Sus características para una posible utilización •Los defectos de las piezas ya terminadas.

Ensayo de tracción•.

El ensayo de tracción es el más importante y el más empleado de todos. Se realiza con probetas de dimensiones normalizadas, que se someten a esfuerzos de tracción progresivamente crecientes, en dirección longitudinal, hasta producir su rotura.El ensayo de tracción permite estudiar el alargamiento de la probeta en función de la fuerza o carga actuante. La forma del diagrama depende del material a ensayar. En la imagen podemos ver un diagrama característico de un material dúctil y maleable, como el acero extra suave.

Ing. G. Amaya

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Ensayo de compresión

Los ensayos practicados para medir el esfuerzo de compresión son contrarios a los aplicados al de tracción, con respecto al sentido de la fuerza aplicada. Tiene varias limitaciones:• Dificultad de aplicar una carga concéntrica o axial, sin que aparezca pandeo.• Una probeta de sección circular es preferible a otras formas.El ensayo se realiza en materiales:• Duros.• Semiduros.• Blandos.

El hormigón es un material que como otros materiales cerámicos resiste bien en compresión, pero no tanto en tracción.

Esfuerzos de compresión en piezas alargadas

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En una pieza prismática no-esbelta, y que no sea susceptible de sufrir pandeo sometida a compresión uniaxial uniforme, la tensión el acortamiento unitario y los desplazamientos están relacionados con el esfuerzo total de compresión mediante las siguientes expresiones:

Donde:es la tensión de compresión el acortamiento unitario o deformación unitaria.el campo de desplazamientos a lo largo del eje

baricéntrico del prisma. el módulo de elasticidad longitudinal.

DEFORMACIÓN

Mientras que la deformación es el cambio en el tamaño o forma de un cuerpo debido a esfuerzos internos producidos por una o más fuerzas aplicadas sobre el mismo o la ocurrencia de dilatación térmica.

Definición de deformación en calienteEste proceso se describe generalmente como trabajar un material por encima de su temperatura de re cristalización. Posteriormente a deformación plástica en caliente se inicia la formación de núcleos que dan origen a nuevos granos libre de tensión con un tamaño acorde al tiempo de solidificación y orientados al azar.

•La mayoría de las formas metálicas se producen a partir de lingotes colados. Para fabricar hojas, placas, varillas, barras, alambres•No es posible fabricar material trabajado en caliente a un tamaño exacto, debido a los cambios dimensionales que tienen lugar durante el enfriamiento.•La temperatura a la cual se termina en el trabajado en caliente determinará el tamaño de grano disponible para el trabajo ulterior en frío.•El control adecuado de la temperatura de recocido determinará el tamaño final de grano requerido para el trabajado en frío ulterior.

CARACTERÍSTICAS

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Características de esfuerzo-deformación del acero

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Deformaciones elásticasLa 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.

Deformación por relajaciónCuando al acero de presfuerzo se le esfuerza hasta los niveles que son usuales durante el tensado inicial y al actuar las cargas de servicio, se presenta una propiedad llamada relajamiento y se define como la pérdida de esfuerzo en un material esforzado mantenido con longitud constante.

En la Gráfica 1 comparamos las curvas de esfuerzo deformación a tensión de varillas ordinarias con las de aceros típicos para el presfuerzo

Gráfica 1. Curvas comparativas de esfuerzo-deformación para acero de refuerzo y acero de presfuerzo.

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EJEMPLO

Medidas de la deformación

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Deformación unidimensionalLa 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:

(*)de la misma magnitud 

Donde  es la longitud inicial de la zona en estudio y  la longitud final o deformada. Es útil para expresar los cambios de longitud de un cable o un prisma mecánico. La deformación calculada de acuerdo a (*) se llama deformación ingenieril. En la práctica se pueden usar otras medidas relacionadas con estas como el estiramiento:

Medidas de la deformación

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La deformación axial logarítmica o deformación de Hencky que se define como:

La deformación de Green-Lagrange viene dada por:

Deformación de un cuerpoEn la Mecánica de sólidos deformables la deformación puede tener lugar según diversos modos y en diversas direcciones, y puede además provocar distorsiones en la forma del cuerpo, en esas condiciones la deformación de un cuerpo se puede caracterizar por un tensor (más exactamente un campo tensorial) de la forma:

Tipos de Deformación en materiales

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• Deformación plástica, irreversible o permanente. Modo de deformación en que el material no regresa a su forma original después de retirar la carga aplicada. Esto sucede porque, en la deformación plástica, el material experimenta cambios termodinámicos irreversibles al adquirir mayor energía potencial elástica. La deformación plástica es lo contrario a la deformación reversible.

• Deformación elástica, reversible o no permanente, el cuerpo recupera su forma original al retirar la fuerza que le provoca la deformación. En este tipo de deformación, el sólido, al variar su estado tensionar y aumentar su energía interna en forma de energía potencial elástica, solo pasa por cambios termodinámicos reversibles.

Relación de la ley de Hooke con la deformación de los cuerpos 

Ing. G. Amaya

DIAGRAMA ESFUERZOS-DEFORMACIÓNLa resistencia de un material no es el único que debe utilizarse al diseñar estructuras. Frecuentemente, la rigidez suele tener la misma o mayor importancia. En menor grado, otras propiedades tales como la dureza, la tenacidad y la ductilidad también influyen en la elección de un material. Estas propiedades se determinan mediante pruebas, comparando los resultados obtenidos con patrones establecidos.

El ensayo normal a la tensión se emplea para obtener varias características y resistencias que son útiles en el diseño.

El punto P recibe el nombre de límite de proporcionalidad (o límite elástico proporcional). Éste es el punto en que la curva comienza primero a desviarse de una línea recta. El punto E se denomina límite de elasticidad (o límite elástico verdadero). No se presentará ninguna deformación permanente en la probeta si la carga se suprime en este punto. Entre P y E el diagrama no tiene la forma de una recta perfecta aunque el material sea elástico. Por lo tanto, la ley de Hooke, que expresa que el esfuerzo es directamente proporcional a la deformación, se aplica sólo hasta el límite elástico de proporcionalidad.

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.

Continua…

Relación de la ley de Hooke con la deformación de los cuerpos 

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Se define la resistencia de cedencia o fluencia Sy mediante el método de corrimiento paralelo.2

Diagrama esfuerzo-deformación.

Diagrama esfuerzo-deformación obtenido a partir del ensayo normal a la tensión de una manera dúctil. El punto P indica el límite de proporcionalidad; E, el límite elástico Y, la resistencia de fluencia convencional determinada por corrimiento paralelo (offset) según la deformación seleccionada OA; U; la resistencia última o máxima, y F, el esfuerzo de fractura o ruptura. La llamada resistencia última (a la tensión) Su (o bien Sut) corresponde al punto U.

Para determinar las relaciones de deformación en un ensayo a tensión, sean:

Lo= longitud calibrada originalLi= longitud calibrada correspondiente a una carga Pi cualquieraAo= área transversal originalAi= área transversal mínima bajo la carga Pi

Bibliografía

• http://es.wikipedia.org/wiki/Deformaci%C3%B3n• http://html.rincondelvago.com/deformacion-simple.html• https://ibiguridp3.wordpress.com/res/esf/• http://

www.construaprende.com/docs/tesis/293-concreto-presforzado?start=19

• http://cienciaymateriales.blogspot.com/2013/04/19-deformacion-en-caliente-definicion-y.html

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