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COMPUTACIÓN APLICADAPROPIEDADES
MECÁNICASVINICIO VALENCIA
MONSERRATH OCAÑA
DÉCIMO A
AMBATO-ECUADOR
PROPIEDADES QUE TIENEN QUE ACEPTARSE CONJUNTAMENTE CON EL COMPORTAMIENTO DE LOS MATERIALES POR DEBAJO DE LA CARGA.
•ANTECEDENTES EN LOS ENSAYOS MECÁNICOS DE MATERIALES
TIPOS COMUNES DE LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
•ANÁLISIS FALLIDOS
ANTECEDENTES EN LOS ENSAYOS MECÁNICOS DE MATERIALES
Responde a la determinación de la respuesta de los materiales a una aplicación de fuerza.
Esfuerzo referencial= Carga/Area de esfuerzo
ESFUERZO DE TRACCION
TIENDE A TIRAR DE UN MIEMBRO HACIA AFUERA
ESFUERZO DE COMPRESION
TIENDE A APLASTR UN ELEMENTO
ESFUERZO DE TORSION
TIENDE A TORCER UN ELEMENTO
EXFUERZO FLEXIONANTE
TIENDE A FLEXIONAR UN ELEMENTO
ESFUERZO DE CORTE
TIENDE A PARTIR UN ELEMENTO
UNA CARGA QUE SE DEFORMARÁ CAMBIA DE FORMA.
DEFORMACION= CAMBIO DE LONGITUDESFUERZO= DEFORMACION/ LONGITUD DE UN
MIEMBRO
MÁQUINA DE ENSAYO UNIVERSAL (UTM)
LA UTM ES USADA PARA MEDIR LA RESPUESTA DE LOS
MATERIALES AL TERCER VALOR MAYOR DEL ESFUERZO
COMO SON :
TENSION
COMPRESION
CORTE
MÁQUINA DE ENSAYOS UNIVERSAL
CONCEPTOS IMPORTANTES
CARGA/ÁREA DE ESFUERZO ORIGINAL = ESFUERZO
DEFORMACION/LONGITUD ORIGINAL = DEFORMACION
GEOMETIA DEPENDIENTE DEL DIAGRAMA --- GEOMETIA INDEPENDIENTE DEL DIAGRAMA
•HABILIDAD DE UN MATERIAL PARA REGRESAR A SU FORMA ORIGINAL DESPUES DE UNA CARGAELASTICIDAD
•HABILIDAD DE UN MATERIAL PARA PERMANECER DEBAJO DE UNA DEFORMACION PERMAMENTE SIN FRACTURARSEPLASTICIDAD
TIPOS COMUNES DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS
PROPIEDADES DERIVADAS DEL DIAGRAMA ESFUERZO-DEFORMACION
RESISTENCIA DE IMPACTO
DUREZA
FATIGA
FLUENCIA
RUPTURA POR ESFUERZO
PROPIEDADES DERIVADAS DEL DIAGRAMA ESFUERZO-DEFORMACION
FUERZA
MODULO DE RESILIENCIA
MODULO DE TENACIDADDUCTILIDAD
RIGIDEZ
RESISTENCIA A LA ROTURA
RESIS
TEN
CIA
A L
A T
EN
SIO
N
ALEACIONES METÁLICAS= ACERO
COMPUESTOS = FRP
MÁXIMA TENSIÓN DE RESISTENCIA DE UN MATERIAL CONTRA EL CAMBIO
DE FORMA, Y ES IGUAL A:CARGA MAXIMA/
AREA DE ESFUERZO ORIGINAL
ESFUERZO DE COMPRESION: (FUNDICIONES, T.S. POLÍMEROS, CERAMICAS)
RESISTENCIA AL CORTE EN ALEACIONES METÁLICAS Y COMPUESTAS
RESISTENCIA AL CORTE SIENDO EL 40% DE LA RESISTENCIA A TENSIÓN
RESISTENCIA ESPECÍFICA: ESFUERZO DE TENSION/ DENSIDAD
RENDIMIENTO EN EL PUNTO DE TENSIÓN / RESISTENCIA A LA FLUENCIA
EL RENDIMIENTO EN EL PUNTO DE TENSION ES EL ESFUERZO CORRESPONDIENTE AL INICIO DE UN PUNTO DE LA DEFORMACION PLÁSTICA
ESTE PUNTO EN ALGUNOS MATERIALES EN EL DIAGRAMA
ESFUERZO/DEFORMACION ESTA INDICADO POR UNA REGION PLANA PEQUEÑA
SIN EMBARGO EN LA MAYORIA DE LOS DIAGRMAS
ESFUERZO/DEFORMACION, ESTE PUNTO NO ES FACIL DE
LOCALIZAR.
ESE PUNTO ES DETERMINADO POR UN MÉTODO DE COMPENSACIÓN Y EL
ESFUERZO ASOCIADO ES LLAMADO RESISTENCIA A LA
FLUENCIA.
RIGIDEZES LA RESISTENCIA DE UN MATERIAL DEBIDO A LA DEFORMAION ELÁSTICA, Y ESTA DETERMINADO POR EL MÓDULO DE ELASTICIDAD DE LOS MATERIALES (E) O EL MODULO DE YOUNG
EL MÓDULO DE ELASTICIDAD DE LOS MATERIALES ESTA MEDIDO POR LA PENDIENTE DE LA PARTE LINEAL DE LA CURVA, COMO SE MUESTRA
LA SUBIDA DE LA PENDIENTE (E ), HACE MAS RÍGIDO AL MATERIAL, EN CERÁMICAS (SiC), EN ALEACIONES METÁLICAS (ACERO), Y EN MATERIALES COMPUESTOS TIENEN UNA ALTA RIGIDEZ.
LA RIGIDEZ ESPEFÍFICA= MÓDULO DE TENSIÓN/DENSIDAD
DUCTILIDAD
ES UNA MEDIDA DE LA PROPIEDADES PLÁSTICAS DE UN MATERIAL, Y ES CALCULADA POR UNA DE LAS 3 FORMULAS
%DUCTIBILIDAD= EAFUERZO A LA FRACTURA X 100
% ELONGACION= CAMBIO EN LONGITUD/ LONGITUD ORIGINAL
% DE REDUCCION DE AREA= CAMBIO EN AREA / AREA ORIGINAL
CERAMICAS Y ALEACIONESSON FRÁGILES Y TIENEN POCO O 0% DE DUCTILIDAD. LA SELECCIÓN DE LOS MATERIALES PARA PROCESOS
MANOFACTURADOS COMO DOBLADO EN FRIO, FORJADO Y AMPLIADO DEBEN SER BASADOS EN ESTA PROPIEDAD
ALEACIONES FORJADAS
SON DÚCTILES Y LOS POLÍMEROS TIENEN ALTA DUCTILIDAD
30 % AL 50%
DUCTILIDAD
MÓDULO DE RESILIENCIA MÁXIMA CANTIDAD DE ENERGÍA ELÁSTICA
POR UNIDAD DE VOLÚMEN QUE UN MATERIAL PUEDE ABSORVER, A UNA BAJA VELOCIDAD DE DEFORMACION MEDIDA POR EL ÁREA DEBAJO DE LA PARTE LINEAL DE LA CURVA ESFUERZO-DEFORMACION
• SELECCIÓN DE MATERIALES PARA COMPONENTES COMO LA HOJA DE PRIMAVERA, EL RELOJ, HOJAS DE CUCHILLOS, PARTES DE MAQUINARIA POR DEBAJO DE LA VELOCIDAD DE IMPACTO.
MATERIAL
• ES CONTRARIAMENTE PROPORCIONAL AL MÓDULO DE ELASTICIDAD, EL MÁS BAJO MÓDULO NOS DA MAS RESILIENCIA AL MATERIAL. ES DIRECTAMENTE PROPORCIONAL AL LIMITE ELÁSTICO EL MATERIAL.
PROPIEDADES DE
RESILIENCIA
MODULO DE TENACIDAD
LA MÁXIMA CUANTÍA DE ENERGÍA PLÁSTICA POR VOLÚMEN QUE UN MATERIAL PUEDE ABSORVER , A UNA VELOCIDAD BAJA DE DEFORMACIÓN PARA PRODUCIR FRACTURA MEDIDA POR EL ÁREA TOTAL POR DEBAJO DE LA CURVA ESFUERZO-DEFORMACION
•ES TAMBIEN UNA MEDIDA RELATIVA PARA LA ABSORCIÓN DE ENERGÍA COMPATIBLE CON MATERIALES CON CARGA DE BAJO IMPACTO (FUERZAS ALTA VELOCIDAD, DESDELA PRUEBA DE IMPACTO LA ENERGIA ES ABSORVIDA POR ESPECÍMENES, QUE SON FRACTURADOS
TENACIDAD
• LOS MATERIALES DÚCTILES COMO LA MAYORIA DE METALES Y POLÍMEROS TIENEN BUENA TENACIDAD Y RESISTENCIA DE IMPACTO. LOS MATERIALES FRÁGILES COMO CERAMICAS Y ALEACIONES TIENEN INSIGNIFICANTE TENACIDAD.
DUCTILIDAD
El probador de impacto
Utiliza cualquiera de los dos
probetas estándar, la Charpy
(viga horizontal) de muestras o
la (viga en voladizo vertical)
para medir la energía requerida
(ft/lb) para fracturar la muestra.
Temperatura de transición o
temperatura de ductilidad nula.
Es una temperatura según el cual,
el material es dúctil o se vuelve
frágil. Bajo esta temperatura, la
dureza disminuye.
En la selección de materiales para
una aplicación de baja
temperatura, para evitar la caída
dureza, la temperatura de
transición por el material
seleccionado debe ser inferior a la
temperatura de aplicación.
Estudio de la selección de materiales
Dos materiales están disponibles de la siguiente manera:
a. Acero bajo en carbono
b. Aluminio de la misma resistencia a la fluencia como el acero
Seleccione un tipo de material para un auto de choque para las siguientes
aplicaciones
Un caro para choques es mantenerse en buen estado después de un impacto de
baja velocidad
Una mejor protección de la tripulación en caso de colisión de alta velocidad
Aplicación I Aplicación II
1.-Absorción de energía elástica 1.-Absorción de la energía
plástica
2.-Módulo de resilencia 2.-Módulo de tenacidad
3.-Seleccione de un w mayor M.O.R 3.-Selección de un w alto M.oT
4.-Seleccione de un w menor a E 4.-Selección de un w alto en %
5.-Seleccione aluminio (ESt= 3EA1) 5.- Selección de acero (St% el =
Al% el)
Dureza
Resistencia de la superficie del material contra sangría y arañazos.
La dureza de la
superficie
Sirve como un factor
en la selección de un
material para
aplicaciones de
contacto deslizante,
tales como engranajes,
frenos y embragues,
rodamientos, etc.
Las propiedad
Se especifica en
los planos de
ingeniería para
fines de
tratamiento o
fabricación.
Las aleaciones
metálicas
Tienen buena dureza,
aleaciones de
fundición y cerámica
son materiales muy
duros
El tipo más común de medida (destructiva) se basa en la calibración ya sea la
profundidad o el diámetro de impresión de la izquierda de obligar a un
penetrador sobre la superficie de los materiales. Otras medidas (no destructiva)
son dependientes de la frecuencia natural la altura de la propiedad de rebote
(orilla) de los materiales.
Fatiga
Materiales debido a un fracaso a una tensión alterna repetida (muy por debajo
de la resistencia a la fluencia) se denomina falla por fatiga.
Tiempo
La fallo por fatiga se producen después de una serie de ciclos (vida) de las
tensiones,
La resistencia a la fatiga es un factor importante en el proceso de la
selección de materiales para aplicaciones de carga cíclicos.
Un eje de rotación bajo una carga transversal se utiliza para determinar la
capacidad de un material para resistir tensiones cíclicas. Un punto de la
superficie pasa a través de una inversión completa de la tensión a la
compresión con cada rotación.
Límite de resistencia a la fatiga en las que el componente tiene vida
indefinida,
Resistencia a la fatiga de los metales de ingeniería son aproximadamente el
50% de su resistencia a la tracción, la cerámica no se utilizan en la carga
cíclica, materiales polímeros y materiales compuestos son muy sujeto a la
fatiga.
Arrastrarse
Es un proceso lento de la deformación plástica que tiene lugar
cuando un material se somete a una condición constante de carga
por debajo de su límite elástico para una cierta cantidad de tiempo.
La mayoría de los metales sólo se arrastran cuando está a una
temperatura elevada 0.5 de su temperatura de fusión absoluta.
Fluencia puede ser un factor de selección importante con metales
de baja temperatura de fusión y polímeros.
El ensayo de fluencia se lleva a cabo simplemente sometiendo una
muestra del tipo de tracción a una tensión constante
El desplazamiento se produce en 3 pasos; disminución constante -
estado, y el aumento de las tasas.
Resistencia a la fluencia.- Es la tensión requerida para causar una tasa
media especificada de fluencia a una temperatura dada. Dos velocidades
de fluencia utilizados más comunes son 1% el/100000hr, y 1% el/100000hr.
Ruptura
Similares a la fluencia se determina la prueba de ruptura en parte fallará bajo una carga constante a temperatura elevada, sin embargo, es diferente de dos maneras
1) Las variables controladas son la tensión y la temperatura2) La variable medida es el tiempo requerido para la fracaso.
Esta prueba tiene la ventaja de tener menos tiempo para realizar la prueba.Ensayo de rotura es importante para metales o cerámica destinados a un servicio de alta temperatura. Esta prueba no se realiza normalmente en polímeros.
Análisis de fallas
Concentración de tensiones
Si un miembro con carga contiene una ranura, agujero, cualquier
irregularidad en la geometría, la tensión inducida en el elemento en el área
de la ranura se ampliará por un factor de concentración de esfuerzos.
Smax = Kf.S
Donde
Kf.- Es el factor de concentración de esfuerzos y aparece en las tablas de
diferentes irregularidades en la geometría bajo diferentes condiciones de
carga (es decir, la tensión, flexión, torsión)
S.- Es la tensión en el miembro sin cualquier irregularidad en la geometría (es
decir, = (carga / área)
Smax.- Es la tensión local en la región de una concentración de tensiones
