Mecanica de Materiales II

INSTITUTO TECNÓLOGICO DE ORIZABA DEPARTAMENTO DE METÁL- MECÁNICA

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE ORIZABA

DEPARTAMENTO DE METÁL-MECÁNICA

INGENIERIA MECÁNICA

MANUAL DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO DE MECANICA DE MATERIALES II

NOMBRE DEL ALUMNO: _________________________________

MANUAL DE PRÁCTICAS MECANICA DE MATERIALES II


No. DE CONTROL: ______________________________________



LABORATORIO DE MECANICA DE MATERIALES II

PRACTICA No.1 INTRODUCCION A LAS PRUEBAS NO DESTRUCTIVAS.

PRACTICA No.2 EXAMEN VISUAL Y LIQUIDOS PENETRANTES.

PRACTICA No.3 EXAMEN POR PARTICULAS MAGNETICAS.

PRACTICA No.4 INTRODUCCION AL ULTRASONIDO, CONOCIMIENTO DEL EQUIPO Y CALIBRACION.

PRACTICA No.5 ANALISIS DE PRUEBA ENN ULTRASONIDO.

PRACTICA No.6 ESFUERZOS COMBINADOS.

PRACTICA No.7 INTRODUCCION A LA FOTOELASTICIDAD.

PRACTICA No.8 CALIBRACION DE UN MATERIAL FOTOELASTICO.

PRACTICA No.9 ANALISIS DE ESFUERZOS EN MATERIALES FOTOELASTICOS.



LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA

PRACTICA No. 1

‘‘INTRODUCCIÓN A LAS PRUEBAS NO DESTRUCTIVAS’’

OBJETIVO:

Conocer las pruebas no destructivas aplicadas en la industria para el control de calidad, así como la determinación de esfuerzos en materiales fotoelásticos y la aplicación de esfuerzos combinados.

DESCRIPCIÓN BÁSICA:

En la industria existen métodos y técnicas de exámenes no destructivos, que se practican para detectar, establecer características y prevenir fallas sin que estas afecten su vida útil.

Lo anterior da como resultado mejorar la calidad y seguridad del producto, selección de diversos equipos, tiene mayor relevancia durante el mantenimiento preventivo así, como en la actividad de aseguramiento de calidad durante la fabricación y montaje de equipos.

Los métodos comúnmente aplicados son: radiografía, ultrasonido, partículas magnéticas, líquidos penetrantes, pruebas de fuga, corrientes parásitas y examen visual.

Es de vital importancia también conocer el avance de la técnica para la determinación de esfuerzos por medios fotoelasticos que es uno de los métodos de análisis experimental de esfuerzos.

EQUIPO Y MATERIAL:

Equipos del área de pruebas destructivas.

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA:



En esta práctica se le indicara y explicara el funcionamiento de los equipos, al alumno, conociendo los alcances y limitaciones de cada método, que se usaran durante el transcurso de la elaboración de prácticas.

OBSERVACIONES Y COMENTARIOS:

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CUESTIONARIO:

1.- ¿En que área de la ingeniería son aplicables las pruebas no destructivas?2.- ¿Cual es el objetivo de la aplicación de las pruebas no destructivas?3.- ¿Qué ventajas se tiene en la aplicación de las pruebas no destructivas?4.- ¿Cómo se encuentran clasificados las pruebas no destructivas?5.- ¿Cuál es la finalidad de la aplicación de la fotoelasticidad?

CONCLUSIONES:

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CRITERIO DE EVALUACIÓN:

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PRACTICA No. 2

‘‘EXAMEN VISUAL Y LÍQUIDOS PENETRANTES’’

OBJETIVO:

Dar a conocer al alumno las técnicas para evaluar por examen visual y para la determinación de defectos por líquidos penetrantes.


El examen visual es un método no destructivo muy importante; con ayuda de lentes, espejos, iluminación, telescopios, fibras ópticas, etc., nos permite determinar las condiciones de la parte, componentes, superficies respecto a fracturas, desgastes, corrosión, erosión, daños físicos, sellos, juntas y acoplamientos en mal estado.El método con líquidos penetrantes se basa en el fenómeno de capilaridad o atracción capilar, y que depende de factores como fuerzas de cohesión y adhesión, tensión superficial y viscosidad.

EQUIPO Y MATERIAL:

EXAMEN VISUAL.

1.- Cualquier pieza soldada.2.- Pieza hecha en fundición.

EXAMEN POR LÍQUIDOS PENETRANTES.

1.- Liquido removedor.2.- Liquido penetrante.3.- Liquido revelador.4.- Cualquier pieza a examinar.5.- Estopa.




1.- Limpiar la pieza que se va a ensayar por medio de un líquido removedor de polvos y grasas, en costras y herrumbre se requiere cepillar, el proceso de limpieza debe ser apropiado para cualquier tipo de contaminante. 2.- Aplicar el líquido penetrante en la superficie limpia y seca. Dejarla por cinco minutos o mas, si se cree que hay grietas apretadas, si están cubiertas por manchas etc.

3.- Quitar o remover el líquido penetrante de la superficie manualmente con una estopa o tela ligeramente húmeda; cuidado de no extraer el líquido de los defectos.

4.- Aplicar una leve capa de polvo revelador. Si el método de aplicación es por aspersión (spray). Agitarlo bien antes de aplicar; para mezclar las partículas blancas de la suspensión.

5.- Inspeccionar las grietas, tan pronto halla secado el revelador, aparecerán indicaciones de las fallas (si lo hay). Sin embargo esperar otros cinco minutos para que las grietas definan un patrón completo, antes de hacer el examen visual final y las interpretaciones de las indicaciones.

6.- Ya hecho el examen visual final y anotado las observaciones, proceder a limpiar la pieza.


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CUESTIONARIO:

1.- ¿Como se encuentran clasificados los defectos? 2.- ¿Para que tipo de defecto son implacables los líquidos penetrantes?3.- ¿Cuáles son los métodos o técnicas empleadas para la realización de este tipo de ensaye?4.- ¿En que tipos de materiales son empleados el ensaye por líquidos penetrantes?5.- ¿Mencione tres tipos de defectos que se pueden determinar en las piezas por medio de los penetrantes?



CONCLUSIONES:

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PRACTICA No. 5

‘‘EXAMEN POR PARTÍCULAS MAGNÉTICAS’’

OBJETIVO:

Conocer la operación del equipo magnético, así como detectar discontinuidades en materiales magnéticos.


El método de partículas magnéticas es un método de detección de discontinuidades en la superficie que no se ven a simple vista. La presencia de estas discontinuidades que aparecen generalmente transversal a la dirección del campo magnético, causaran una fuga o distorsión del campo; este fenómeno se detecta por la concentración de partículas formando una configuración de la discontinuidad, indicando su localización, forma y magnitud.

EQUIPO Y MATERIAL:

Equipo magnaflux (con accesorios como cables de alimentación de corriente, cables de conducción de corriente a la pieza).

Contactos de 220 volts. Charola. Partículas magnéticas. Pieza ferromagnéticas de espesor no mayor de 4 pulg.


1.- Seleccionar la pieza ensayar. 2.- Verificar que la pieza a ensayar se encuentra libre de impureza, en caso contrario realizar limpieza.3.- Checar que haya suministro de corriente de 220 volts.4.- Conectar el equipo magnaflux a la toma de corriente c.5.- Seleccionar el amperaje a utilizar (500 a 3000 amperes).6.- Seleccionar el tipo de magnetización con yunques o con cables (manguera).



7.- Rociar en forma homogénea las partículas sobre la pieza a ensayar, cuidando de no desperdiciar.8.- Colocar la pieza en el centro del espiral hecho con el cable en caso de haberse seleccionado este, cuidando de no tirar las partículas.9.- Oprimir el pulsador para la aplicación de la magnetización, cuidando de oprimir momentáneamente (el puso no debe de ser mayor de 2 seg.).10.- Examinar la superficie del material localizando el defecto, trazando un mapa de las indicaciones.11.- Limpiar la pieza y guardar las partículas.


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CUESTIONARIO:

1.- ¿En que se basa el principio de funcionamiento de este tipo de ensayo?2.- ¿Menciona las técnicas que existen por este método y explique?3.- ¿Cuáles son las ventajas y limitaciones por este método?4.- ¿Cuáles son las formas en que se puede aplicar la corriente magnética?5.- ¿Para que tipo de piezas y materiales se puede aplicar el análisis por partículas magnéticas?

CONCLUSIONES:

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PRACTICA No. 4

‘‘INTRODUCCION A ULTRASONIDO, CONOCIMIENTO DEL EQUIPO Y CALIBRACION’’

OBJETIVO:

Conocimiento de conceptos fundamentales en la que se basa el análisis así como el manejo del equipo.


El sonido son vibraciones mecánicas, las cuales se propagan en cualquier medio (sólido, liquido y gas) y su frecuencia es de 20 a 20000 Hz (ciclos por segundos), que es la zona audible al hombre, en análisis de ultra sonido son usadas frecuencias mas altas (5, 000,000 cps). El rango de aplicaciones en el análisis con ultrasonido es de 25 Mhz – 200Mhz.

En la prueba ultrasónica, un corto impulso de corriente eléctrica golpea o excita un transductor (cristal) el cual vibra en la misma forma que un diapasón, el haz de sonido procedente del transductor (dispositivo que convierte energía eléctrica a mecánica) que viaja entonces a través de un acoplador, puede ser agua, aceite, etc.., hacia la superficie frontal de la pieza bajo prueba, entiendo impulsos del haz de sonido que viajan a través de esta.

La distancia es un sentido que recorren las ondas de sonido hasta la superficie reflectora, puede medirse en la pantalla del osciloscopio y de esta manera se puede determinar el tamaño y tipo de discontinuidad en las piezas bajo inspección.

EQUIPO Y MATERIAL:

Equipo de ultrasonido (pulsar 50000). Traductores. Calibradores. Calibrador de acero. Aceite liviano.




1. El instructor explicara con mayor profundidad los alcances y limitaciones del ultrasonido en la dirección de fallas y defectos en piezas.

2. Conocer las partes que conforman el equipo de ultrasonido.3. Instalación del equipo:a. Conectar la batería externa al equipo en caso de que la batería se

encuentre descargada (rango rojo).b. Seleccionar el transductor a utilizar y conectarlo.c. Poner en posición de encendido.4.- Calibración del equipo ultrasonido:a. Poner en contacto el transductor y el patrón calibrador saliendo el

contacto por medio de aceite o agua.b. Con delay poner en un punto de referencia el inicio del sonido (cero

eléctrico).c. Seleccionar escala a utilizar con el negro range.d. Colocar el transductor en un punto donde se conozca las dimensiones

de la imperfección, o a una profundidad que se pueda medir por medio de un vernier.

e. Se observara en la pantalla una nueva cresta después del primer rebote (cero eléctrico), la segunda cresta se debe ajustar a las dimensiones reales del patrón por medio del botón negro CALL.

f. En este caso de no observar ninguna cresta después del cero eléctrico cambiar de frecuencia y observar, en caso de que no halla habido algún cambio ahora intentar cambiar de escala, ya obtenida la segunda cresta después del cero eléctrico realizar el paso b hasta e.


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CUESTIONARIO:

1.- ¿Defina lo que es ultrasonido?2.- ¿Qué parámetros nos miden el sonido?3.- ¿Cómo es el comportamiento del sonido al localizar un defecto?4.- ¿En que rangos trabaja el ultrasonido en la detección de defectos?



5.- ¿En ultrasonido a que se refiere el efecto piezoeléctrico?

CONCLUSIONES:

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PRACTICA No. 5

‘‘ANÁLISIS DE PRUEBA EN ULTRASONIDO’’

OBJETIVO:

Comprobación de la aplicación del ultrasonido en la detección de fallar en los materiales y determinación de dimensiones.


El ultra sonido es la técnica mediante el cual se puede medir, analizar y probar la sanidad de un material. La técnica mas comúnmente usada en ultrasonido es “pulso eso”, en donde el sonido se propaga a través del material y los ecos o reflexiones se reciben en un indicador eléctrico o consecuencia de las discontinuidades internas o debido a las condiciones geométricas de la pieza.

EQUIPO Y MATERIAL:

Equipo de ultrasonido (pulsar 50000). Transductores. Calibrador de acero. Aceite liviano. Cualquier pieza para determinación de fallas. Estopa.


1. Seleccionar el material a ensayar, cuidando de que se encuentre limpia, lisa y plana la superficie a ensayar.

2. Aceitar la parte a ensayar.3. Seleccionar el transductor a utilizar y conectarlo.4. Poner en funcionamiento el Equipó de ultrasonido.5. Calibrar el equipo de acuerdo al inciso 4 de la practica No. 4.6. Poner en contacto el traductor y la pieza a ensayar.7. Localizar la falla mediante la grafica de la pantalla y la escala utilizada.8. Analizar el tipo y tamaño del defecto.9. Limpiar la limpieza ensayada y los transductores.



10.Desconectar el equipo y accesorios.


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CUESTIONARIO:

1.- ¿A que se refiere el efecto de atenuación a la transmisión del ultrasonido en las piezas?2.- ¿Cómo se muestra clasificados los traductores?3.- ¿Cómo puedes definir lo que es calibración en análisis de ultrasonido?4.- ¿Para que tipos de piezas se puede aplicar el examen por ultrasonido?5.- ¿Que tipos de imperfecciones es detectable en este análisis?

CONCLUSIONES:

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PRACTICA No. 6

‘‘ESFUERZOS COMBINADOS (TENSION FLEXION) ’’

OBJETIVO:

El alumno determinara el comportamiento de una probeta de acero al carbono sometido a carga excéntrica aplicando los conceptos fundamentales de la combinación de esfuerzos.

EQUIPO Y MATERIAL:

Durímetro digital. Maquina universal de ensayes. Calibrador vernier. Probeta de acero con excéntrico.


1.- Se toma la dureza de la probeta y se determina su resistencia máxima a la tensión mediante tablas de referencia.

2.- Medir diámetros para determinar la excentricidad de la probeta calculando inicialmente la posición del eje centroidal mediante la expresión:

x = (Ax)/A

3.- Determinación de la carga máxima aproximada tomando el efecto de combinación de esfuerzos y la transmisión de la fuerza a lo largo del eje centroidal.

4.- Determinación de la escala de trabajo de la maquina universal de ensayes.

5.- Ejecutar el ensayo, tomando en cuenta las lecturas necesarias.



CALCULOS:

A).- Dibuja la probeta antes del ensayo, indicando correctamente sus medidas, de ser posible mas de una vista.

B).- Cálculo de la posición del eje centroidal.

C).- Cálculo del momento de inercia utilizando el teorema de los ejes paralelos.

D).- Determinación de la carga máxima aproximada.

E).- Dibujo de la probeta después del ensayo.


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CUESTIONARIO:

1.- ¿Por qué es necesario calcular el centroide de la probeta?

2.- ¿Para que se utiliza el teorema de los ejes paralelos?

3.- ¿Cómo se define la excentricidad?

4.- ¿Cualquier punto de la sección transversal de la probeta se encontrará sujeto a esfuerzos de la misma magnitud?

5.- De por lo menos el nombre de tres piezas sujetas a este tipo de ensayo.

6.- Observe y describa el comportamiento de la probeta de acuerdo al diagrama que reporta la maquina.



CONCLUSIONES:

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PRACTICA 7

‘‘INTRODUCCIÓN A LA FOTOELASTICIDAD’’

OBJETIVO:

Conocer los principios en el cual se basa el análisis de esfuerzos por medios fotoelasticos.


La foto elasticidad es una de las herramientas del análisis experimental de que permite conocer la condición de esfuerzos que prevalece en los elementos mecánicos cuando están sometidos a cargas de trabajos.Dicha técnica utiliza las propiedades ópticas de algunos materiales como marco de referencia que habrá de relacionarse con el elemento real funcionando.

EQUIPO Y MATERIAL:

Polariscopio. Material fotoelástico.


1.- Conceptos fundamentales:

A).- Características y comportamiento de la luz

Definición de la luz. Luz monocromática y luz policromática. Refracción de la luz. Reflexión de la luz. Birrefringencia. Polarización de la luz. Análisis teóricos de los esfuerzos.



B).- Conocimientos de materiales fotoelásticos

1. Materiales fotoelásticos: Baquelita, Catalán, Nitrato de celulosa, Columbia resin CR-39, Uretano, Castolite, etc.

2. Características que debe cumplir un material fotoelástico.a. Transparenteb. Sensible a esfuerzos y deformacionesc. Con propiedades linealesd. Isótopo y homogéneo mecánica y óptimamentee. No debe fluir excesivamentef. Elevado modulo de elasticidad y esfuerzo ultimog. No debe tener efecto “time-edge”h. La sensitividad no debe cambiar con variaciones pequeñas de

temperatura.i. Libre de esfuerzos residuales.

C).- Conocimiento de partes del polariscopio.

1.- Luz plana

2.- Luz circular:



CONOCIMIENTO DEL BANCO FOTOELASTICO.

Descripción general.

El instrumento esta constituido por:

1. Una cámara de iluminación con lámpara incandescente y lámpara monocromática.

2. Un dispositivo de polarización de un diámetro de 250 mm.3. Un puente con dos través de carga sobre los cuales se fijan los modelos en

examen.4. Un analizador con un diámetro de 250 mm.5. Interruptor para la luz monocromática.6. Interruptor para luz policromática.7. Entrada de corriente para 125 volts.8. Columnas soportes donde van montados los puentes que soportan el

modelo.9. Dinamómetros para cargas de tensión.

CALCULOSNo se hacen cálculos en esta práctica


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CUESTIONARIO:

1.- Explique que entiende por análisis de esfuerzos por medios fotoelásticos.2.- Explicar el comportamiento de la luz natural.3.- ¿A que se refiere la polarización de la luz?4.- ¿Como se define la birrefringencia?5.- ¿Cuáles son las características que debe reunir un material fotoelástico?

CONCLUSIONES:

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PRACTICA No. 8

‘‘CALIBRACION DE UN MATERIAL FOTOELASTICO’’

OBJETIVO:

Determinar la constante de franja de un material foto elástico cuando se encuentra sometido a presión pura.

EQUIPO Y MATERIAL:

Banco fotoelasticímetro. Materiales fotoelásticos. Vernier


Uno de los primeros pasos en la aplicación de la técnica fotoelástica, consiste en la adecuación o calibración del polariscopio de modo que los datos proporcionados sean confiables para la determinación a realizar.

Dicho procedimiento reviste formas sencillas de aplicaciones, de tal manera que haciendo un modelo semejante de material fotoelástico al que se requiera y con la aplicación de cargas debidamente consideradas nos dan los datos precisos de esfuerzos del material requerido.




1.-Arreglos del polariscopio a).- Polariscopio plano:



b).- Polariscopio circular:

Arreglos del

polariscopio circular:

Arreglos Placas ¼ de onda Polarizador y analizador

Campo

A Cruzadas Cruzadas OscuroB Cruzadas Paralelas ClaroC Paralelas Cruzadas ClaroD Paralelas Paralelos Oscuro

C).- Características de un lente de ¼ de onda:



2.- Líneas isoclinas:

En la foto elasticidad se da el nombre de isóclinas a las curvas que son los lugares geométricos de todos aquellos puntos en los cuales los esfuerzos principales tienen la misma inclinación.Las isóclinas se obtienen iluminando un modelo con luz polarizada plana.

3.- Líneas isocromáticas:

Estas líneas curvas se definen como líneas que unen todos los puntos de una pieza o modelo en las cuales se ejercen cortantes máximos de igual longitud, y se obtienen iluminando el modelo con luz polarizada circular.

4.- Procedimiento para la calibración de inmaterial fotoelástico:

a).- Tomar dimensiones de la probeta:

b).- Encendido del banco fotoelasticímetro (Luz circular monocromática).

c).- Colocar la probeta centrada entre los apoyos, así como también centrar los dinamómetros.

d).- Calibración o aceración de dinamómetros.

e).- Aplicar carga mediante los dinamómetros operando ambos a la vez verificando igualdad de cargas.

f).- Observar muy atentamente que aparezca el eje neutro como una línea centrada oscura, longitudinalmente. Ajustar la posición de los lentes en caso que se presentara una imagen difusa.


h

t


g).- Continuar aplicando carga muy lentamente, por medio de los dinamómetros, de modo que se apliquen cargas iguales, hasta que aparezca la primera franja en la periferia de la probeta entre los puntos de aplicación de carga. Dicha carga será de color negro en caso de usar monocromática; en el caso de luz policromática verificar el color de la primera franja en el código de colores de colores fotoelásticos.

h).- Una vez obtenida la primera franja, observar los dinamómetros para conocer la magnitud de la carga que la originaron anotando este dato para posteriores cálculos.

i).- Continuar aplicando la carga, observado que la primera franja se desliza hacia el eje neutro. En la periferia empezara a aparecer la segunda franja de color negro en caso de usar fuente de luz monocromática, en caso de usar luz policromática verificar el color de la segunda franja en el código de colores.

j).- Anotar el valor de la carga correspondiente.

CALCULOS:

1.- Con el dato de carga para la obtención de la primera franja, se calcula la constante de franja, mediante la expresión:

F = 6M / nh2 donde: M = Momento flexionante producido = Pa P = Carga aplicada a = Distancia de apoyo al punto de aplicación de carga n = Numero de franja h = Altura de la sección transversal de la probeta.


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CONCLUSIONES:

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PRACTICA No. 9

‘‘ANÁLISIS DE ESFUERZOS DE UN MATERIAL FOTOELÁSTICO’’

OBJETIVO:

Analizar los esfuerzos que se presentan en una viga de material fotoelástico debido a la aplicación de dos cargas concentradas.


La aplicación de la técnica fotoelástica es de vital importancia en el análisis experimental de esfuerzos en virtud de su exactitud y confiabilidad.

La determinación de esfuerzos una vez calibrado el polariscopio es relativamente sencilla si se conoce la teoría correspondiente se contempla la interpretación de las líneas isocromáticas como los lugares geométricos donde los esfuerzos cortantes son representados por S.

EQUIPO Y MATERIAL:

Banco fotoelasticímetro. Material fotoelástico (viga recta). Vernier.


1.- Encendido del banco fotoelasticímetro2.- Selección de los puntos a analizar marcándolos en la probeta, tomando datos de ubicación con respecto al eje neutro.3.- Determinación de la constante de franja de acuerdo al procedimiento (práctica 5) anotarle como datos para posteriores cálculos.4.- Seleccionar las cargas a aplicar para el análisis de esfuerzos en los puntos seleccionados de la probeta.5.- Aplicar la primera carga seleccionada considerando que debe estar encendida la luz policromática.6.- Observar que color se presenta en los puntos seleccionados y comparar con el código de colores anotando el orden de franja que corresponde.



7.- El mismo procedimiento para la aplicación de las demás cargas.

CALCULOS:

1.- Hacer una tabla anotando los datos obtenidos del número de franja.

Punto seleccionado

Orden de franja

N1(P1) N2(P2) N3(P3)123

2.- Calcular el esfuerzo en cada punto y para cada carga, por medio de la siguiente formula.

1 – 2 = nf/t

3.- Elaborar una tabla con los datos obtenidos:

CARGAS APLICADAS P1 P2 P3

1 – 21 – 21 – 2

4.- Para las mismas cargas realizar los cálculos de esfuerzos teóricos

Sx = My/I Txy = VO/Ih

Sy = 0

T1 = (Sx + Sy)/2 +/- ((Sx – Sy)/2 + T2xy)1/2

Tmax = (((Sx – Sy)2)/2 +T2xy)1/2


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CUESTIONARIO:

1.- ¿A que se conoce como esfuerzos máximos?2.- Explique a que se requiere como orden de franja.3.- Si las isocromáticas están dadas por la diferencia de esfuerzos ¿Por qué se considera que un esfuerzo equivale a cero?4.- De los puntos seleccionados ¿Todos presentan el mismo estado de esfuerzos?5.- ¿Cuáles son los pasos a seguir, para el análisis del estado de esfuerzos de un punto seleccionado en un material fotoelástico?

CONCLUSIONES:

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Documents

Mecanica de Materiales II