INGENIERIA MECANICA

ALUMNOS:

1. PAUL QUICAÑO MAMANI2. WALDIR GRANDA3. MARCO QUISPE4. ELIAS LLERENA

INTRODUCCIONTodo cuerpo al soportar una fuerza aplicada

trata de deformarse en el  sentido de aplicación de la fuerza. En el caso del ensayo 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 en el ensayo, los dos conceptos son completamente distintos.

OBJETIVOS◦ OBJETIVOS GENERALES

  Tiene como objetivo general reconocer los tipos de

esfuerzos y deformaciones que se emplean dentro de la mecánica de materiales y a su vez saber aplicarlos tanto en el campo laboral como en la vida cotidiana. Que todo lector pueda comprender y realizar correctamente el cálculo de esfuerzos y deformaciones, además de establecer relaciones entre estos conceptos tomando en cuenta el factor de seguridad para cada uno de los materiales utilizados.

  2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS identificar los tipos de materiales realizar pruebas y ensayos reconocer la diferencia entre esfuerzos y deformaciones

MARCO TEORICOProbablemente una de las características

ingenieriles mas representativas de un material, desde el punto de vista de definir su comportamiento en relación con las necesidades y los usos del ingeniero, es el conjunto de datos de un proceso de provocación respuesta que constituye lo que usualmente se llama la relación o relaciones esfuerzo deformación.

◦ EL ESFUERZO: El esfuerzo se define aquí como la intensidad de las

fuerzas componentes internas distribuidas que resisten un cambio en la forma de un cuerpo. El esfuerzo se define en términos de fuerza por unidad de área. Existen tres clases básicas de esfuerzos: tensivo, compresivo y corte. El esfuerzo se computa sobre la base de las dimensiones del corte transversal de una pieza antes de la aplicación de la carga, que usualmente se llaman dimensiones originales.◦ DEFORMACION

La deformación se define como el cambio de forma de un cuerpo, el cual se debe al esfuerzo, al cambio térmico, al cambio de humedad o a otras causas. En conjunción con el esfuerzo directo, la deformación se supone como un cambio lineal y se mide en unidades de longitud. En los ensayos de torsión se acostumbra medir la deformación cómo un ángulo de torsión (en ocasiones llamados detrusión) entre dos secciones especificadas.

TIPOS DE FUERZAS

Fuerzas de tensión o tracción: La fuerza aplicada intenta estirar el material a lo largo de su línea de acción

Fuerza de Flexión: Las fuerzas externas actúan sobre el cuerpo tratando de “doblarlo”, alargando unas fibras internas y acortando otras

Fuerzas de compresión: la Fuerza aplicada intenta comprimir o acotar al material a lo largo de su línea de acción.

Fuerza de Cizalladura o cortadura: Las fuerzas actúan en sentidos contrarios sobre dos planos contiguos del cuerpo, tratando de producir el deslizamiento de uno con respecto al otro.

Fuerza en torsión: la fuerza externa aplicada intenta torcer al material. la fuerza externa recibe el nombre de torque o  momento de torsión.

 

Cualquier fuerza externa que se aplique sobre un material causa deformación, la cual se define como  el cambio de longitud a lo largo de la línea  de acción de la fuerza.

Para estudiar la reacción de los materiales a las fuerzas externas que se aplican, se utiliza el concepto de esfuerzo.

Deformación SimpleSe refiere a los cambios en las dimensiones

de un miembro estructural cuando se encuentra sometido a cargas externas.

Estas deformaciones serán analizadas en elementos estructurales cargados axialmente,  por lo que  entre las cargas a estudiar estarán las de tensión o compresión.

 Ejemplo- Los miembros de una armadura.- Las bielas de los motores de los automóviles.- Los rayos de las ruedas de bicicletas.- Etc.

4.7Deformación unitariaTodo miembro sometido a cargas

 externas se deforma debido a la acción de fuerzas. La deformación unitaria, se puede definir como la relación existente entre la deformación total y la longitud inicial del elemento, la cual permitirá determinar la deformación del elemento sometido a  esfuerzos de tensión o  compresión axial.

Por lo tanto la ecuación que define  la deformación unitaria un material sometido a cargas axiales está dada por:

LEY DE HOOKE

La Ley de Hooke no se limita al caso de los resortes en espiral; de hecho, se aplica a la deformación de todos los cuerpos elásticos. Para que la Ley pueda aplicar de un modo más general, es conveniente definir los términos esfuerzo y deformación. El Esfuerzo se refiere a la causa de una deformación elástica, mientras que la deformación se refiere a su efecto, es decir a la deformación en sí misma. Existen 3 tipos de esfuerzos, los de tensión, de compresión y cortantes, en este subtema, nos centraremos a analizar el esfuerzo de tensión que se presenta cuando fuerzas iguales y opuestas se apartan entre sí

MODULO DE YOUNG

Si definimos el módulo de elasticidad longitudinal o módulo de Young Y, podemos escribir la ecuación de esfuerzo entre deformación como:

  Módulo de Young = esfuerzo longitudinal

Deformación longitudinal Y = F/A = Fl ∆l/l A∆l  Las unidades del módulo de Young son las mismas que

las unidades de esfuerzo, libras por pulgada cuadrada o Pascales. En el cuadro siguiente se observan algunos valores del módulo de Young para algunos materiales, tanto en el Sistema Internacional como en el Sistema Inglés.

Las unidades del módulo de Young son las mismas que las unidades de esfuerzo, libras por pulgada cuadrada o Pascales. En el cuadro siguiente se observan algunos valores del módulo de Young para algunos materiales, tanto en el Sistema Internacional como en el Sistema Inglés.

 

CLASIFICACION DE LOS ESFUERZOS

CLASIFICACIÓN DE LOS ESFUERZOS  ESFUERZOS NORMALES Son producidos por cargas que tienden a trasladar a las

secciones transversales en un determinado sentido  TRACCIÓN Y COMPRESIÓN Se obtiene cuando las fuerzas exteriores, de igual

magnitud, dirección y sentido contrario, tienden a estirar (tracción) o aplastar (compresión) el material según el eje en que actúan.

  TORSIÓN Se origina por efecto de pares que actúan sobre los ejes

de las secciones transversales, produciendo el giro de las mismas en sus planos.

 ESFUERZOS TANGENCIALESSon generados por pares de cargas, que actúan en el

plano de las secciones transversales y tienden a producir sus giros o deslizamientos.

FLEXIÓN Tiene lugar cuando se producen pares de fuerzas

perpendiculares al eje, que provocan el giro de las secciones transversales con respecto a las inmediatas.

  CORTELas fuerzas actúan normales al eje del cuerpo,

desplazando entre sí las secciones inmediatas. 

TIPOS DE MATERIALESMATERIALES METÁLICOS: Los materiales

metálicos son sustancias inorgánicas que están compuestas de uno o más elementos metálicos, pudiendo contener algunos

elementos no metálicos.

MATERIALES POLIMERICOS: La mayoría de los materiales poliméricos están formados por largas cadenas o redes de moléculas orgánicas. Estructuralmente, la mayoría de los materiales polímericos no son cristalinos, pero algunos constan de mezclas de regiones cristalinas y no cristalinas. La resistencia y ductilidad de estos materiales varía

enormemente. MATERIALES CERÁMICOS: Los materiales

cerámicos son materiales inorgánicos constituidos por elementos metálicos y no metálicos cohesionados químicamente. Los materiales cerámicos pueden ser cristalinos y no cristalinos o mezcla de ambos. La mayoría de los materiales cerámicos tienen elevada dureza y alta resistencia a elevadas temperaturas

MATERIALES COMPUESTOS: Los materiales compuestos son mezclas de dos o más materiales. La mayoría de ellos constan de un determinado material de refuerzo y una resina aglomerante compatible con objeto de obtener las características específicas y propiedades deseadas.

◦ MATERIALES ELECTRÓNICOSLos materiales electrónicos no son

importante por su volumen, pero sí por su avanza tecnología. El más importante de los materiales electrónicos es el silicio puro, al cual se lo puede modificar de distintas maneras para cambiar sus características electrónicas

PROPIEDADES EN LAS RELACIONES ESFUERZO-DEFORMACION:

El comportamiento mecánico de los materiales se describe a través de sus propiedades mecánicas, que son el resultado de ensayos simples e idealizados. Estos ensayos están diseñados para representar distintos tipos de condiciones de carga. Las propiedades de un material que aparecen reportadas en diversos manuales, son los resultados de estas pruebas

◦PROPIEDADES ANTE LA TENSION:Procedimiento mas común la relación

esfuerzo-deformación, en particular en los metales,, Es una prueba de estiramiento de los materiales en la cual se analizan los fenómenos presentes en éste, mientras se va incrementando una fuerza aplicada hasta producir la fractura

La fuerza de tensión que se aplica en 1) y 2) da como resultado el estiramiento del material B)espécimen de prueba común C) disposición de la prueba de tensión

PROPIEDADES ANTE LA COMPRESION:

Una prueba de compresión aplica un carga que comprime una muestra cilíndrica colocada entre dos placas , conforme se comprime su altura se reduce y el area de sus sección transversal se incrementa (1) el esfuerzo de ingeniería se define como : donde A0 es la área original del espécimen , y la (2)deformación de ingeniería de se define como . donde H es la altura del espécimen en un momento particular de la prueba mm(in) h0 es la atura inicial mm(in) debido a que durante la compresión la altura disminuye , el valor de “e” será negativo , el signo negativo por lo general se ignora cuando se expresan los valores de la deformación por compresión

1.

2.

Prueba de compresión: a)fuerza de compresión que se aplica al ejemplar de prueba 1) y 2) cambio resultante de la altura y b)disposición de la altura exagerando el tamaño del espécimen de prueba

DOBLADO Y PRUEBA DE MATERIALES FRAGILES: EL DOBLADO DE UNA SECCION TRANSVERSAL

RECTANGULAR PRODUCE EN EL MATERIAL ESFUERZOS TANTO DE TENSION COMO DE COMPRESION 1) CARGA INICIAL 2) ESPECIMEN CON MUCHO ESFUERZO 3) PIEZA DOBLADA

Las operaciones de doblado se emplean para formar placas y hojas metálicas. el proceso de doblar una sección transversal rectangular , sujeta al material a esfuerzos de tensión ( y deformación ) en la mitad externa de la sección que se dobla y a esfuerzos de compresión ( y deformaciones) en la mitad interior . si el material no se fractura queda doblado en forma permanente ( plásticamente)

PROPIEDADES ANTE LA CORTANTEUna cortante comprende la aplicación

de esfuerzos en direcciones opuestas sobre ambos lados de un elemento delgado a fin de deformarlo se 1) el esfuerzo se identifica y la 2) deformación cortante

1) 2)

Es común probar el esfuerzo y deformación cortantes por medio de una prueba de torsión. en la industria son comunes los procesos cortantes . la acción cortante se utiliza para cortar laminas metálicas en operaciones de cizadillo, punzonado y otras al maquinar el material se retira por medio del mecanismo de deformación cortante

MATERIALES FRAGILES

Las típicas clases de fracturas en materiales metálicos son fractura dúctil, fractura frágil, fractura por fatiga, fractura por Creep y fractura debida al medio ambiente

1.5.1.2. Características del diagrama esfuerzo-deformación para materiales frágiles (Realice la gráfica). Compare con el diagrama para materiales dúctiles.

En materiales frágiles, incluyendo muchos cerámicos, el esfuerzo de cadencia, la resistencia a la tensión y el punto de ruptura tienen un mismo valor. En muchos materiales frágiles no se puede efectuar con facilidad el ensayode tensión debido a la presencia de defectos de superficie. Mientras que en los materiales dúctiles la curva esfuerzo-deformación generalmente pasa por un valor máximo, este esfuerzo máximo es la resistencia del material a la tensión. La falla ocurre a un esfuerzo menor después de que el encuellamiento ha reducido el área de la sección transversal que soporta la carga.