Mecánica y Resistencia de Materiales

Esfuerzo

Durand Porras, Juan Carlos (Docente Asesor)

Integrantes: Cruz Larios, Laida Flores Ramirez, Ivan More More, Joel

Universidad Privada del Norte (UPN-LIMA) Escuela de Ingeniería Industrial (Perú)

Resumen

En el presente trabajo abordaremos el concepto de esfuerzo y la aplicación en nuestro entorno laboral en las distintas actividades realizadas en un taller de mantenimiento automotriz. Asimismo, se abordan aspectos relacionados con sólidos resistentes y estructuras, sin profundizar demasiado en ninguno de ellos, sino más bien pretendiendo ofrecer un panorama general sobre los temas, uno de los objetivos principales como estudiante es adquirir los conocimientos relacionados con la Resistencia de Materiales, para poder comunicarse eficazmente en el futuro con un especialista.

Conclusiones Principales: conocer y aplicar la importancia de estos temas en el campo automotriz, con el fin de garantizar la seguridad en los vehículos y en el servicio de mantenimiento brindado.

Palabras Clave

Esfuerzo de tensión, compresión, torsión y su Aplicación.

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Introducción

El objetivo principal del estudio de esfuerzo es suministrar los conocimientos para analizar y diseñar las diversas máquinas y estructuras portadoras de carga. Tanto el análisis como el diseño de una estructura involucran la determinación de esfuerzo y deformación.

La flexión es un concepto importante, ya que se utiliza en el diseño de muchos componentes estructurales y de máquinas. Con respecto a la tracción encontraremos los efectos que generan en un material.

En cuanto a la torsión se encuentran elementos sometidos a muchas situaciones físicas. En el presente trabajo observaremos la importancia de estos temas en el campo automotriz, los cuales un ingeniero siempre debe tomar en cuenta, con el fin de garantizar la seguridad en los vehículos y la eficiencia del servicio de mantenimiento que se brinda en el taller.

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Desarrollo del Tema y metodología

ESFUERZO

Carga: Se denomina a la fuerza exterior que interviene de diferentes maneras sobre un cuerpo las cuales generan un esfuerzo interno en las piezas.

Carga Axial: fuerza que actúa a lo largo del eje longitudinal de un miembro estructural aplicada al centroide de la sección transversal del mismo produciendo un esfuerzo uniforme.

1. Esfuerzo Normal:

Es la fuerza por unidad de área, o la intensidad de las fuerzas distribuidas a través de una sección dada, se representa con la letra griega σ (sigma), El esfuerzo en un elemento con área transversal A, sometido a una carga axial P, se obtiene a través de la siguiente ecuación:

σ=P/ A

En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en (N/m2 ). Esta unidad se denominada Pascal (1 Pascal= 1N/m2).

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1.1.Esfuerzo de Tensión.

Es llamado así al esfuerzo en el sentido del eje, generando alargamiento de las fibras de los materiales bajo la acción de determinados sistemas de fuerza producidas por el contacto con otros sólidos.

Para comprender y analizar el concepto de tensión y compresión se usa la siguiente definición:

La resistencia de un material depende de su capacidad para soportar una carga excesiva sin presentar deformación o falla. Esta propiedad es inherente al propio material y debe determinarse mediante la experimentación. Una de las pruebas más importantes a este respecto es el ensayo de tensión o compresión (Hibbeler, 2011, p.81).

Ensayo de tensión

A partir de esta prueba se pueden establecer propiedades mecánicas importantes de un material se utiliza principalmente para determinar la relación entre esfuerzo normal promedio y la deformación normal promedio como metales, cerámicas, polímeros y materiales compuestos.

1.2 Esfuerzo de Compresión. Podemos decir que un cuerpo está sometido a esfuerzo de compresión por la acción de dos fuerzas o cargas en sentidos opuestos que tienden a producir acortamientos o aplastamientos.

Por ejemplo:

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TENSIÓN

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cuando nos sentamos en una silla, sometemos a las patas a un esfuerzo de compresión, por consecuencia tiende a reducir su altura.

2. Esfuerzo con momento

Esfuerzo de Torsión. Es un momento que tiende a torcer un elemento sobre su eje longitudinal. Su diseño es de gran importancia en el diseño de ejes de transmisión utilizados en vehículos y maquinaria.

Russell conceptuó el Momento de torsión, T. “Este efecto se desarrolla cuando las cargas externas tienden a torcer un segmento del cuerpo con respecto al otro alrededor de un eje perpendicular al área” (Hibbeler, 2011, p. 8).

Esfuerzo de Flexión. Al analizar vigas es necesario distinguir entre flexión pura y flexión no uniforme, la flexión pura se refiere a la flexión de una viga ante un momento flexionante constante, mientras que la flexión no uniforme se refiere a la flexión en presencia de fuerzas cortantes.

El momento flexionante, M. “El momento flexionante es causado por las cargas externas que tienden a flexionar el cuerpo respecto a un eje que se encuentra dentro dl plano del área” (Hibbeler, 2011, p. 8).

III. Esfuerzo cortante.

En general, una viga soportara tanto una fuerza cortante como un momento. La fuerza cortante V es el resultado de una distribución del esfuerzo cortante transversal de la viga. Sin embargo, debido a la propiedad complementaria de la fuerza cortante, este

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esfuerzo creará los esfuerzos cortantes longitudinales correspondientes que actuaran a lo largo de los planos longitudinales de la viga, como se muestra en la figura

Existen también otros tipos de esfuerzo:

Esfuerzos compuestos Esfuerzos variables

Problema Aplicativo 1.

La barra rígida AB que se muestra en la figura la soporta una barra de acero AC que

tiene como diámetro de 20 mm y un bloque de aluminio con un área transversal de

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1800mm2. Los pasadores de 18mm de diámetro en A y C están sometidos a cortante

simple . Si el esfuerzo de falla para el acero y el aluminio es o (ac) falla = 680 MPa y

(Tal) = 70 MPa, respectivamente, y el esfuerzo cortante de falla para cada pasador es T

falla = 900 MPa., determine la carga máxima P que puede aplicarse a la barra. Aplique

un factor de seguridad F.S. = 2

DCL

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0.75 m

2 mm

P

P

AB

BA

Cm

ACERO

FACm

ALUMINIO

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SOLUCION:

O (ac) perm = O (ac) falla = 680MPa = 340 MPa

F.S 2

O(al) perm = O(al) falla = 70MPa = 35 MPa

F.S 2

T perm = t falla = 900MPa = 450 MPa

F.S 2

= 0 P (1.25m) – FAC (2m) = 0 ........................... (1)

= 0 FB (2m) – P (0.75m) = 0 ........................... (2)

BLOQUE B

FB = 0(al) perm AB 35 (10) N/m (1800mm (10) m/mm = 63.0kN

Usando la ecuación N° 1

P = 63.0KN (2m) = 168 kN

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0.75 m

2 mm

FBm

wMB

MAW

6 2 2 6 22

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0.75m

Pasador A o C

FAB = V = TpromA = 450 (10) N/m (π (0.009m ¿¿¿2) = 114.5 kN

A partir de la ecuación N° 2

P = 114.5KN (2m) = 183 kN

1.25m

Por comparación, cuando P alcanza su valor más pequeño (168 KN), el esfuerzo normal permisible se desarrolla primero en el bloque de aluminio por consiguiente.

P = 168 kN

Problema Aplicativo 2.

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6 2

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El eje de la figura se sostiene mediante el collarín en C, que está unido al eje y sitúa se

del lado derecho del cojinete en B. Determine el mayor valor de P para las fuerzas

axiales en E y F de manera que el esfuerzo de aplastamiento en el collarín no sea

superior a un esfuerzo permisible de (O) perm = 75 MPa, y el esfuerzo normal

promedio en el eje no excede un esfuerzo permisible de (o) perm = 55 MPa.

A 60mm B

2P P } 20mm

} 80 mm

F E C

(a)

P

2 P 3P

(b)

1 P

2 P

(C)

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SOLUCION:

A = P = π ¿ = 3P

0 perm. 55(10¿6 N /m 2

P = 51 KN

A = P = 2199¿ = 3P

0 perm. 75(10¿6 N /m 2

P = 55.0 KN

Por comparación, la carga máxima que puede aplicarse al eje es P = 51.8 KN, ya que cualquier carga más grande que esta, provocará que se exceda el esfuerzo normal permisible en el eje.

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Referencias

Hibbeler, R. (2011). Mecánica de materiales. (8a edición). México: Pearson Educación.

Rodríguez, A. Díaz, E. Córdova, M. Maciel, B. (2009). La calidad en el servicio como ventaja competitiva en una empresa automotriz. Revista de la ingeniería industrial, 3, 1-16. Recuperado de https://drive.google.com/folderview?id=0B4GS5FQQLif9fmNEd00waVBDSXdXTU1DbE9DZTlXekNjVWdjbFF5TDhfcGFXVXNTWDlJdDg&usp=sharing

Datos de Contacto:

1. Durand Porras, Juan Carlos [Docente Asesor]

Universidad Privada del Norte –Lima jdu@upnorte.edu.pe

2. Cruz Larios, Layda Universidad Privada del Norte –Lima

3. Flores Ramirez, Ivan 4. More More, Joel

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