Instituto universitario politécnicoSantiago marino

Extencion- Porlamar

Esfuerzo y Deformacion

Profesor:Julián carneiro

Bachiller:Jesús MartínezC.i: 18592382Ing industrial porlamar - Abril 2014

Introducción

El ensayo normal a la tensión se emplea para obtener varias características y resistencias que son útiles en el diseño.El uso de los materiales en las obras de ingeniería hace necesario el conocimiento de las propiedades físicas de aquellos, y para conocer estas propiedades es necesario llevar a cabo pruebas que permitan determinarlas. Organismos como la ASTM (American Society for Testing and Materials) en Estados Unidos, o el ICONTEC en Colombia, se encargan de estandarizar las pruebas; es decir, ponerles límites dentro de los cuales es significativo realizarlas, ya que los resultados dependen de la forma y el tamaño de las muestras, la velocidad de aplicación de las cargas, la temperatura y de otras variables.Todos los materiales metálicos tienen una combinación de comportamiento elástico y plástico en mayor o menor proporción.Todo cuerpo al soportar una fuerza aplicada trata de deformarse en el sentido de aplicación de la fuerza. En el caso de tracción, la fuerza se aplica en dirección del eje de ella y por eso se denomina axial, la probeta se alargara en dirección de su longitud y se encogerá en el sentido o plano perpendicular. Aunque el esfuerzo y la deformación ocurren simultáneamente , los dos conceptos son completamente distintos.A escala atómica, la deformación elástica macroscópica se manifiesta como pequeños cambios en el espaciado interatómico y los enlaces interatómicos son estirados. Por consiguiente, la magnitud del módulo de elasticidad representa la resistencia a la separación de los átomos contiguos, es decir, a las fuerzas de enlace interatómicas. A escala atómica, la deformación plástica corresponde a la rotura de los enlaces entre átomos vecinos más próximos y a la reformación de éstos con nuevos vecinos, ya que un gran número de átomos o moléculas se mueven unos con respecto a otros; al eliminar la tensión no vuelven a sus posiciones originales

Esfuerzo

llamamos esfuerzo a la fuerza que actúa por unidad de superficie (área), es decir, es el cociente entre la fuerza y la superficie en la que se aplica. Los esfuerzos pueden clasificarse en dos tipos principales: los que son perpendiculares a la superficie de aplicación (O) y los que son paralelos a la misma (t), si la fuerza aplicada no fuese normal (perpendicular) ni paralela a la superficie, siempre puede descomponerse en la suma vectorial de otras dos que siempre resultan ser una normal y la otra paralela, pero esto, de momento, quizá sea algo complicado para nosotros, así que quédate simplemente con la idea.Todos los objetos que nos rodean están sometidos a distintos esfuerzos en función de su diseño, su colocación y el conjunto de fuerzas que actúan sobre los mismos y, en principio, todos están diseñados para soportar las fuerzas que actuarán sobre ellos, lo cual condiciona la elección del material con el que se elaborará un determinado objeto. De acuerdo con esto podemos afirmar que el cálculo de los esfuerzos es de gran importancia en la ingeniería de estructuras para el cálculo de vigas, pilares, láminas y perfiles normalizados.

Dada una sección transversal al eje longitudinal de una viga o pilar un esfuerzo normal es la fuerza resultante de las tensiones normales que actúan sobre dicha superficie. Si consideramos un sistema de coordenadas cartesianas en que el eje X esté alineado con el eje recto de la viga, y los ejes Y y Z estén alineados con lasdirecciones principales de inercia de la sección el tensor de tensiones ([T]xyz) y el esfuerzo normal (Nx) vienen dados por:

Clasificación de los esfuerzos

1.      Compresión. Se produce cuando aplicamos dos fuerzas de igual magnitud, misma dirección y sentidos opuestos sobre un cuerpo, de forma tal que éste tiende a acortarse, a disminuir su longitud.2.      Tracción. Se produce cuando aplicamos dos fuerzas de igual magnitud, misma dirección y sentidos opuestos sobre un cuerpo, de forma tal que éste tiende a alargarse, a aumentar su longitud3.      Flexión. Se produce cuando aplicamos una fuerza vertical sobre un cuerpo resistente horizontal de forma tal que el cuerpo tiende a doblarse, a curvarse. La flexión es una mezcla de tracción y compresión, las fibras superiores se acortan (compresión) y las inferiores se alargan (tracción). Si unas fibras se acortan y otras se alargan, alguna, por fuerza, ha de mantener sus dimensiones originales. La fibra cuya longitud no varía se denomina fibra neutra.4.      Cortadura. Se produce cuando aplicamos dos fuerzas perpendiculares al cuerpo de forma que las partículas de éste tienden a deslizarse y el objeto se corta.5.      Pandeo. Se produce cuando aplicamos una fuerza sobre un objeto esbelto, delgado (muy largo en relación con su sección) y el cuerpo se arquea y flexiona.6.      Torsión. Se produce cuando las fuerzas aplicadas tienden a hacer girar el objeto o a retorcerlo.

Ilustración de los tipo de esfuerzos

Esfuerzo internoRepresentación gráfica de las tensiones o componentes del tensor tensión en un punto de un cuerpo.En ingeniería estructural, los esfuerzos internos o esfuerzos de sección son magnitudes físicas con unidades de fuerza sobre área utilizadas en el cálculo de piezas prismáticas como vigas o pilares y también en el cálculo de placas y láminas.

Esfuerzo cortanteEl esfuerzo cortante, de corte, de cizalla o de cortadura es el esfuerzo interno o resultante de las tensiones paralelas a la sección transversal de un prisma mecánico como por ejemplo una viga o un pilar. Se designa variadamente como T, V o Q.Este tipo de solicitación formado por tensiones paralelas está directamente asociado a la tensión cortante. Para una pieza prismática se relaciona con la

tensión cortante mediante la relación:

Para una viga recta para la que sea válida la teoría de Euler-Bernoulli se tiene la siguiene relación entre las componentes del esfuerzo cortante y el momento flector:

Definimos deformación como cualquier cambio en la posición o en las relaciones geométricas internas sufrido por un cuerpo como consecuencia de la aplicación de un campo de esfuerzos y explicamos que una deformación puede constar de hasta cuatro componentes: translación, rotación, dilatación y distorsión. En el caso general, una deformación las incluye a todas, pero deformaciones particulares pueden constar de tres, dos o una de las componentes.Las deformaciones son causadas por esfuerzos, de forma que ambos conceptos están ligados por una relación de causa a efecto. Aparte de ser conceptos distintos, hay una diferencia en el tratamiento de unos y otras que merece la pena destacar: los esfuerzos se definen y se analizan para un instante dado, mientras que las deformaciones miden cambios producidos en un intervalo de tiempo y se analizan comparando un estado final con uno inicia

Deformación

Clasificación de las deformaciones

se pueden clasificar en: frágil y dúctil. Deformación frágil (“brittle”): es la que produce rotura

Deformación dúctil (“ductile”): se realiza sin que el cuerpo se fracture.

La deformación dúctil puede subdividirse en elástica y permanente.

Deformación elástica : es aquella en la cual se produce deformación por aplicación de un campo de esfuerzos pero si los esfuerzos se retiran, la deformación se pierde, recuperando el cuerpo su forma original. deformaciones plástica y viscosa : son dos tipos de deformación continua en los que ésta permanece aun cuando el esfuerzo sea retirado, por lo que se denomina deformación permanente.

Imágenes de deformaciones

Diagrama de Esfuerzo y 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.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.

Ley de Hooke

ley de elasticidad de Hooke o ley de Hooke, originalmente formulada para casos del estiramiento longitudinal, establece que el alargamiento unitario que experimenta un material elástico es directamente proporcional a la fuerza aplicada :

siendo el alargamiento, la longitud original, : módulo de Young, la sección transversal de la pieza estirada. La ley se aplica a materiales elásticos hasta un límite denominado límite elástico.

Esta ley recibe su nombre de Robert Hooke, físico británico contemporáneo de Isaac Newton, y contribuyente prolífico de la arquitectura. Esta ley comprende numerosas disciplinas, siendo utilizada en ingeniería y construcción, así como en la ciencia de los materiales. Ante el temor de que alguien se apoderara de su descubrimiento, Hooke lo publicó en forma de un famoso anagrama, ceiiinosssttuv, revelando su contenido un par de años más tarde. El anagrama significaUt tensio sic vis ("como la extensión, así la fuerza").

Ejercicios

Conclusión

Los materiales, en su totalidad, se deforman a una carga externa. Se sabe además que, hasta cierta carga límite el sólido recobra sus dimensiones originales cuando se le descarga. La recuperación de las dimensiones originales al eliminar la carga es lo que caracteriza al comportamiento elástico. La carga límite por encima de la cual ya no se comporta elásticamente es el límite elástico. Al sobrepasar el límite elástico, el cuerpo sufre cierta deformación permanente al ser descargado, se dice entonces que ha sufrido deformación plástica. El comportamiento general de los materiales bajo carga se puede clasificar como dúctil o frágil según que el material muestre o no capacidad para sufrir deformación plástica. Los materiales dúctiles exhiben una curva Esfuerzo - Deformación que llega a su máximo en el punto de resistencia a la tensión. En materiales más frágiles, la carga máxima o resistencia a la tensión ocurre en el punto de falla. En materiales extremadamente frágiles, como los cerámicos, el esfuerzo de fluencia, la resistencia a la tensión y el esfuerzo de ruptura son iguales.La deformación elástica obedece a la Ley de Hooke La constante de proporcionalidad E llamada módulo de elasticidad o de Young, representa la pendiente del segmento lineal de la gráfica Esfuerzo - Deformación, y puede ser interpretado como la rigidez, o sea, la resistencia del material a la deformación elástica. En la deformación plástica la Ley de Hooke deja de tener validez.