domingo, 15 de noviembre de 2015

tema 4 solicitaciones mecánicas

SOLICITACIONES MECÁNICAS 


Bueno chicos y chicas después de un breve parón volvemos a retomar el blog con una mini entrada con su correspondiente mini esfuerzo para hablar de las solicitaciones mecánicas que son las siguientes:  tracción compresión cortadura torsión y flexión, 

La mecánica desde el punto de vista Físico (estática, cinemática y dinámica), estudia las fuerzas y los movimientos considerando que los cuerpos que las sufren son rígidos (indeformables).
En la práctica se observa que los cuerpos rígidos no existen, sino que todos se deforman más o menos cuando se les aplican fuerzas.

Por ello la ingeniería, además de la mecánica-física aplicada a las máquinas e instalaciones, estudia la deformación de los cuerpos, considerándola como una parte de la mecánica aplicada denominada RESISTENCIA DE MATERIALES.

RESISTENCIA DE MATERIALES
Es pues, la parte de la mecánica que estudia la deformación de los cuerpos cuando sufren la acción de fuerzas externas. El objeto de la RESISTENCIA DE MATERIALES es doble:
Conocidas unas fuerzas, determinar las dimensiones del material que pueda soportarlas.
Conocido un material (con su forma y dimensiones), determinar la fuerza o fuerzas que puede soportar.
Normalmente el problema a resolver es de tipo a), lo que ocurre en el diseño o proyecto de máquinas, instalaciones, estructuras resistentes, edificios,


Antes de meternos de lleno en la clase de esfuerzos que afectan a la resistencia mecánica tenemos que hablar de las deformaciones y los tipos de deformaciones que hay, primero voy a explicar lo que significa deformación mecánica:  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

Cuando se trata de cuerpos sólidos las deformaciones pueden ser de dos tipos:

Deformaciones permanentes: 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

Deformación no permanenteel 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 tensional y aumentar su energía interna en forma de energía potencial elástica, solo pasa por cambios termodinámicos reversibles


Clases de esfuerzos

TRACCIÓN 

Es el esfuerzo interno a que está sometido un cuerpo por la aplicación de dos fuerzas que actúan en sentido opuesto, y tienden a estirarlo.
Lógicamente, se considera que las tensiones que tiene cualquier sección perpendicular a dichas fuerzas son normales a esa sección, y poseen sentidos opuestos a las fuerzas que intentan alargar el cuerpo.
Son muchos los materiales que se ven sometidos a tracción en los diversos procesos mecánicos. Especial interés tienen los que se utilizan en obras de arquitectura o de ingeniería, tales como las rocas, la madera, el hormigón, el acero, varios metales, etc. Cada material posee cualidades propias que definen su comportamiento ante la tracción. Algunas de ellas son:

elasticidad (módulo de elasticidad) plasticidad ductilidad fragilidad

ENSAYO DE TRACCIÓN

Para conocer las características resistentes a tracción de un material cualquiera se lo somete a un ensayo de tracción. Para ello se utiliza una máquina universal de ensayos, como la que podemos observar en nuestro laboratorio de ensayos de materiales. Hay estrictas normas y protocolos, para realizar ensayos, que fueron acordadas en convenciones científicas internacionales.
Los ensayos de tracción se realizan con probetas perfectamente normalizadas, en cuanto a sus dimensiones, a fin de asegurar la repetibilidad internacional del ensayo. Se las prepara en un torno, atendiendo cuidadosamente su forma y tamaño.
La característica principal de una probeta de tracción para aceros es su parte central, cuya sección transversal es circular de área 1 cm2, por lo que su diámetro es de 11,284mm. Esta sección se mantiene constante en una longitud L0 , para ensancharse gradualmente en sus extremos y brindar mejores posibilidades de sujeción a las mordazas de la máquina de ensayos.
La probeta se coloca entre mordazas,   P [Kg] en la máquina de ensayos, y se la tracciona lentamente hasta romperla. En un papel milimetrado se gráfica el estiramiento en función de la fuerza aplicada. Así , en el eje de las abscisas, se referencian los alargamientos y en el eje de las ordenadas, el esfuerzo en Kg o en N (newtons) .  L[mm] El problema de obtener resultados tan específicos, es que luego no se puede utilizar los datos obtenidos en una aplicación real, cuando por ejemplo cambia el diámetro, o la forma de la sección. Por lo que habría que realizar infinidad de ensayos , para distintos materiales, con distintas formas, y con distintas dimensiones.
Para evitar esto, los investigadores han propuesto reemplazar la fuerza de tracción por la Tensión de tracción, y el alargamiento L, por el alargamiento específico obteniendo así el gráfico Tensión - deformación específica  . De esta manera se tiene una idea más concreta de cual es la tensión con que trabaja un material cuando se estira un determinado porcentaje, sin importar su forma ni su tamaño, y estos datos ahora se pueden aplicar a cualquier cálculo de dimensionamiento o verificación de elementos estructurales o de máquinas en la realidad

Resultado de imagen de traccion deformacion                   traccion 2

una imagen dice que vale mas que mil palabras así que con la imagen que viene a continuación podemos ver los diferentes tipos de rotura de un material sometido a tracción dependiendo de la ductilidad del material cabe destacar que la ductilidad es una propiedad que presentan algunos materiales, como las aleaciones metálicas o materiales asfálticos, los cuales bajo la acción de una fuerza, pueden deformarse sosteniblemente sin romperse

Ductility.svg


     

vídeo demostrativo de ensayo a tracción 


TIPOS DE FALLO

ductil a torsion: El tornillo presenta alargamiento y la zona de fractura muestra adelgazamiento, con textura fibrosa central y desgarre periférico. Esta morfología se presenta generalmente en tornillos de bajo grado.

ALGUNAS CAUSAS

Sobrecarga a tensión en servicio.
Grado del tornillo inferior al necesario.



fragil a torsion: El tornillo no presenta alargamiento ni adelgazamiento, predominando una textura granular brillante transversal. Esta morfología se presenta generalmente en tornillos de grado alto.

ALGUNAS CAUSAS

Sobrecarga a tensión en servicio.
Grado del tornillo inferior al necesario.


Materiales característicos:

 Hormigón: su resistencia para soportar esfuerzos de tracción es mucho menor que su resistencia para soportar esfuerzos de compresión
En el hormigón armado el acero se encarga de absorber los esfuerzos de tracción que el hormigón por si solo no puede soportar.
El hormigón se considera adecuado cuando el promedio de cualquier grupo de tres ensayos consecutivos iguala o supera la resistencia especifica y ninguno de los ensayos, dentro de estos tres ni individuales, esta por debajo de  0,5 MPa por debajo de dicha resistencia
La resistencia especifica: es la resistencia a la compresión a los 28 de vida de la probeta normalizada de este.



COMPRESIÓN

Es la resultante de las tensiones o presiones que existe dentro de un sólido deformable o medio continuo, caracterizada porque tiende a una reducción de volumen del cuerpo, y a un acortamiento del cuerpo en determinada dirección.  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.

ENSAYO DE COMPRESION

El esfuerzo de compresión es la resultante de las tensiones o presiones que existen dentro de un sólido deformable o medio continuo, caracterizada porque tiende a una reducción de volumen del cuerpo, y a un acortamiento del cuerpo en determinada dirección (coeficiente de Poisson).En piezas estructurales suficientemente esbeltas los esfuerzos de compresión puede producir además abolladura o pandeo

compresion1

En ingeniería, el ensayo de compresión es un ensayo técnico para determinar la resistencia de un material o su deformación ante un esfuerzo de compresión. En la mayoría de los casos se realiza con hormigones y metales (sobre todo aceros), aunque puede realizarse sobre cualquier material.
Existen varias limitaciones especiales del ensayo de compresión a las cuales se debe dirigir la atención:

1.    La dificultad de aplicar una carga verdaderamente concéntrica o axial.
2.    El carácter relativamente inestable de este tipo de carga en contraste con la carga tensíva. Existe siempre una tendencia al establecimiento de esfuerzos flexionantes y a que el efecto de las irregularidades de alineación accidentales dentro de la probeta se acentúa a medida que la carga prosigue.
3.    La fricción entre los puentes de la máquina de ensaye o las placas de apoyo y las superficies de los extremos de la probeta debido a la expansión lateral de ésta. Esto puede alterar considerablemente los resultados que se obtendrían si tal condición de ensayo no estuviera presente.
4.    Las áreas seccionales relativamente mayores de la probeta para ensayo de compresión para obtener un grado apropiado de estabilidad de la pieza. Esto se traduce en la necesidad de una máquina de ensaye de capacidad relativamente grande o probetas tan pequeñas y, por lo tanto, tan cortas que resulta difícil obtener de ellas mediciones de deformación de precisión adecuada.
Se supone que se desean las características simples del material y no la acción de los miembros estructurales como columnas, de modo que la atención se limita aquí al bloque de compresión corto.
Requerimientos para probetas de compresión.
Para el esfuerzo uniforme de la probeta de compresión, una sección circular es preferible a otras formas. Sin embargo, la sección cuadrada o rectangular se usa frecuentemente y para piezas manufacturadas, tales como el azulejo, ordinariamente no resulta posible cortar probetas que se ajusten a ninguna forma en particular.
La selección de la relación entre la longitud y el diámetro de una probeta de compresión parece ser más o menos un compromiso entre varias condiciones indeseables. A medida que la longitud de la probeta se aumenta, se presenta una tendencia creciente hacia la flexión de la pieza, con la consiguiente distribución no uniforme del esfuerzo sobre una sección recta. Se sugiere una relación entre altura y diámetro de 10 como un límite superior práctico. A medida que la longitud de la probeta disminuye, el efecto de la restricción friccional en los extremos se torna sumamente importante; asimismo, para longitudes menores de aproximadamente 1.5 veces el diámetro, los planos diagonales a 10 largo de los cuales la falla se verificaría en una probeta más larga intersectan la base, con el resultado de que la resistencia aparente se aumenta. Comúnmente se emplea una relación entre longitud y diámetro de 2 o más, aunque la relación entre altura y diámetro varíe para materiales diferentes.
El tamaño real depende del tipo de material, del tipo de mediciones a realizar, y del aparato de ensaye disponible. Para materiales homogéneos para los cuales se requiera solamente la resistencia última, pueden usarse probetas pequeñas. El tamaño de las probetas de materiales heterogéneos debe ajustarse al tamaño de las partículas componentes o agregados.
Los extremos a los cuales se aplica la carga deben ser planos y perpendiculares al eje de la probeta o, de hecho, convertidos así mediante el uso de cabeceo y dispositivos de montaje.
Los tramos de calibración para mediciones de deformación deben preferiblemente ser más cortos que el largo de la probeta cuando menos el diámetro de la probeta. 







FLEXIÓN


se denomina flexión al tipo de deformación que presenta un elemento estructural alargado en una dirección perpendicular a su eje longitudinal. El término "alargado" se aplica cuando una dimensión es dominante frente a las otras. Un caso típico son las vigas, las que están diseñadas para trabajar, principalmente, por flexión. Igualmente, el concepto de flexión se extiende a elementos estructurales superficiales como placas o láminas.

El rasgo más destacado es que un objeto sometido a flexión presenta una superficie de puntos llamada fibra neutra tal que la distancia a lo largo de cualquier curva contenida en ella no varía con respecto al valor antes de la deformación. El esfuerzo que provoca la flexión se denomina momento flector.

flexion

ENSAYO DE FLEXIÓN

Ensayo consistente en someter a una deformación plástica una probeta recta de sección plena, circular o poligonal, mediante el pliegue de ésta, sin inversión de su sentido de flexión, sobre un radio especificado al que se le aplica una presión constante.
Los ensayos de flexión se utilizan principalmente como medida de la rigidez. Este ensayo es casi tan habitual en materiales poliméricos duros como el ensayo de tracción, y tiene las ventajas de simplificar el mecanizado de las probetas y evitar los problemas asociados al empleo de mordazas. El parámetro más importante que se obtiene de un ensayo de flexión es el módulo de elasticidad (también llamado módulo de flexión).
El módulo de Young o módulo de elasticidad longitudinal es un parámetro que caracteriza el comportamiento de un material elástico, según la dirección en la que se aplica una fuerza. Este comportamiento fue observado y estudiado por el científico inglés Thomas Young.
Para un material elástico lineal e isótropo, el módulo de Young tiene el mismo valor para una tracción que para una compresión, siendo una constante independiente del esfuerzo siempre que no exceda de un valor máximo denominado límite elástico, y es siempre mayor que cero: si se tracciona una barra, aumenta de longitud.

Tanto el módulo de Young como el límite elástico son distintos para los diversos materiales. El módulo de elasticidad es una constante elástica que, al igual que el límite elástico, puede encontrarse empíricamente mediante ensayo de tracción del material. Además de este módulo de elasticidad longitudinal, puede definirse el módulo de elasticidad transversal de un material.

Viga en voladizo de sección cuadrada sometida a flexión recta simple, mediante una carga en el extremo libre. La animación muestra una simulación mediante el método de los elementos finitos, donde se observan tensiones crecientes cerca de la sección empotrada a medida que se incrementa la carga (y también la de flexión debida a ella).


TIPOS DE FALLO

ductil a flexion  El tornillo presenta doblado y la zona de fractura muestra textura fibrosa en un extremo y un labio por desgarre opuesto. Esta morfología se presenta generalmente en tornillos de bajo grado.

ALGUNAS CAUSAS

Sobrecarga a flexión en servicio.
Carga lateral elevada.
Grado del tornillo inferior al necesario.

fragil a flexion El tornillo no presenta deformación y la zona fractura muestra textura granular con formación de escalones algunas veces. Esta morfología se presenta generalmente en tornillos de grado alto.
ALGUNAS CAUSAS

Sobrecarga a flexión en servicio.
Carga lateral elevada.
Grado del tornillo inferior al necesario.


Flexiones en vigas o arcos:

Son elementos estructurales pensados para trabajar normalmente en flexión. su rigidez depende del momento de inercia de la sección transversal de las vigas. Existen dos hipótesis cinemáticas comunes para representar la flexión de vigas y arcos:

 La hipótesis de Navier-Euler-Bernouilli: En ella las secciones transversales al centro de gravedad se consideran indeformables y se mantienen perpendiculares al mismo, que se curva, tras la deformación. 


 La hipótesis de Timoshenko: En esta hipótesis se admite que las secciones transversales perpendiculares al centro de gravedad pasen a formar un ángulo con este centro por efecto del esfuerzo cortante.

Materiales característicos:

 Vigas: tanto en ingeniería como en arquitectura se denomina viga a un elemento estructural lineal que trabaja principalmente a flexión. En las vigas, la longitud predomina sobre las otras dos dimensiones y suele ser horizontal, este esfuerzo de flexión provoca tensiones de tracción y compresión, también pueden producirse tensiones por torsión, sobre todo en las vigas que forman el perímetro exterior de un forjado.




CORTADURA 

el corte o cizalladura, se trata del sometimiento de un cuerpo a un corte o cizallamiento, donde se aplican dos fuerzas en sentido opuesto, que tienen tendencia a sesgar el material.  En el aula comentamos que en el caso de unas tijeras, sus hojas no deben de estar completamente paralelas, sino que deben de disponer de una leve inclinación; es por esta inclinación que en ocasiones cortan ,estando más bien desafiladas.

Los ejemplos de este esfuerzo los encontramos en multitud de objetos cortantes tales como las ya citadas tijeras, la guillotina, cizallas para metal, etc


ENSAYO A CORTADURA 


Un ensayo de cizallamiento estático se lleva a cabo por lo general en los materiales que están hechos de metal o materiales compuestos. Los materiales compuestos se componen de más de dos materiales y se pueden hacer de metal, plástico, madera o fibra de vidrio, para nombrar sólo algunos ejemplos. Esta prueba mide la fuerza interna de un material para ver cuánta puede soportar antes que la fuerza rompa el material.

Método

Un ensayo de cizallamiento estático se lleva a cabo mediante la colocación de un material en un dispositivo como una pinza. A continuación, se le aplica peso al material. Esta prueba se llama "ensayo de cizallamiento estático" porque la cantidad de peso aplicado al material sigue siendo el mismo durante todo el ensayo. La prueba también considera el tiempo como un factor, y en última instancia, mide cómo el material resiste la fuerza del peso a través de una cantidad de tiempo arreglada.

La aplicación práctica de una prueba de resistencia de cizalladura es en última instancia, para ver si un material es adecuado para su uso en ciertos proyectos. Los materiales deben realizar de acuerdo a las especificaciones de su durabilidad. El gobierno controla la fiabilidad del material para asegurarse de que no hay ningún resultado de daños en las prácticas de fabricación defectuosos o pruebas de materiales inadecuados antes de que un producto se comercialice. Las pruebas de cizallamiento estático se utilizan para evaluar la fuerza de los remaches de acero utilizados en la construcción de puentes. Estos remaches deben soportar una carga significativa de peso del concreto y el acero que rodea la infraestructura de un puente.




Material característico

 Remaches: es un elemento de fijación que se emplea para unir de forma permanente dos o más piezas. Consiste en un tubo cilíndrico que en su fin dispone de una cabeza. Las cabezas tienen un diámetro mayor que el resto del remache, para que así al introducir éste en un agujero pueda ser encajado, de esta manera soporta los esfuerzos cortantes de la misma forma que los tornillos.




Finalmente, explicaremos TORSIÓN. Comprendemos fácilmente su principio al imaginarnos apretando un tornillo con un destornillador. Para que un cuerpo esté en torsión, necesita de dos fuerzas en sentido opuesto, que tengan tendencia a retorcerlo.

La torsión se caracteriza geométrica mente porque cualquier curva paralela al eje de la pieza deja de estar contenida en el plano formado inicialmente por las dos curvas. En lugar de eso una curva paralela al eje se retuerce alrededor de él.

En el caso general se puede demostrar que el giro relativo de una sección no es constante y no coincide tampoco con la función de alabeo unitario. A partir del caso general.


La mayoría de los ejes de las máquinas están sometidos a torsión. Un ejemplo de la vida diaria, sería cada vez que abrimos la puerta de casa con la llave


ENSAYO A TORSIÓN

 El ensayo de torsión consiste en aplicar un par torsor a una probeta por medio de un dispositivo de carga y medir el ángulo de torsión resultante en el extremo de la probeta. Este ensayo se realiza en el rango de comportamiento linealmente elástico del material.
Los resultados del ensayo de torsión resultan útiles para el cálculo de elementos de máquina sometidos a torsión tales como ejes de transmisión, tornillos, resortes de torsión y cigüeñales.





tipo de fallo El tornillo presenta entorchamiento por torque, con una superficie transversal y una textura mixta granular - fibrosa. Predominando la textura granular en grados altos y la fibrosa en grados bajos.

ALGUNAS CAUSAS

Consecuencia directa de aplicar un sobre torque durante el apriete del tornillo o tuerca lo cual genera a la par altas cargas de torsión y tracción 


vídeo demostrativo 

A continuación pondré unas fotos del mismo material y como se comportan ante diversas solicitaciones mecánicas



como hemos podido ver un mismo material se comporta de distinta manera según a que solicitación mecánica este sometido


Bueno chicos espero que os sirva de ayuda esta "mini" entrada para poder encontrar lo que buscabais y en breves empezaremos con la siguiente..... no hay respiro chavales............goooooooooooooooooooo


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