Este documento presenta un video tutorial sobre la resolución de problemas de resistencia de materiales. Explica cómo determinar los esfuerzos principales y los ejes principales aplicando el teorema de Cauchy a un estado de esfuerzos dado, y resuelve un ejemplo calculando los esfuerzos y ejes principales para el estado de esfuerzos planteado.
1. ¿QUÉ APRENDERÁS EN ESTE VÍDEO TUTORIAL ?
• Planteamiento del tensor de esfuerzos aplicando el Teorema de
Cauchy
• Determinación del esfuerzo del sólido, esfuerzo normal y esfuerzo
cortante
• Determinación de los esfuerzos principales y los ejes principales
Vídeo tutorial FdeT
PROBLEMA RESUELTO: RESISTENCIA MATERIALES
Javier Luque
javier@fdet.es
Área de
ingeniería industrial
http://fdet.es http://fdetonline.com
2. Vídeo tutorial: PROBLEMA RESUELTO
RESISTENCIA DE MATERIALES 01
En el estado de esfuerzos que se presenta se pide hallar:
a) Esfuerzos y ejes principales
b) Esfuerzo sobre el plano bisector que pasa por el eje Y
X
Y
Z
1000
400200
Datos en 𝑘𝑔
𝑐𝑚2
3. Vídeo tutorial: PROBLEMA RESUELTO
RESISTENCIA DE MATERIALES 01
a) Esfuerzos y ejes principales
Según el teorema de Cauchy “en dos planos perpendiculares entre sí, las
componentes perpendiculares a la arista común de los esfuerzos cortantes que
actúan sobre dichos planos son de igual magnitud y concurren o se alejan de la
arista”
4. Vídeo tutorial: PROBLEMA RESUELTO
RESISTENCIA DE MATERIALES 01
a) Esfuerzos y ejes principales
Según el teorema de Cauchy “en dos planos perpendiculares entre sí, las
componentes perpendiculares a la arista común de los esfuerzos cortantes que
actúan sobre dichos planos son de igual magnitud y concurren o se alejan de la
arista”
Esto permite identificar el signo y cuantía de cada
componentes de esfuerzo.
𝜎 𝑋 = 0
𝜎 𝑌 = +400 𝑘𝑔
𝑐𝑚2
𝜎 𝑍 = −1000 𝑘𝑔
𝑐𝑚2
X
Y
Datos en 𝑘𝑔
𝑐𝑚2
Sentidos positivos en axiles
𝜎 𝑋
𝜎 𝑋
𝜎 𝑌
𝜎 𝑌
𝜎 𝑍
𝜎 𝑍
Z
5. Vídeo tutorial: PROBLEMA RESUELTO
RESISTENCIA DE MATERIALES 01
a) Esfuerzos y ejes principales
Según el teorema de Cauchy “en dos planos perpendiculares entre sí, las
componentes perpendiculares a la arista común de los esfuerzos cortantes que
actúan sobre dichos planos son de igual magnitud y concurren o se alejan de la
arista”
Esto permite identificar el signo y cuantía de cada
componentes de esfuerzo.
𝜎 𝑋 = 0
𝜎 𝑌 = +400 𝑘𝑔
𝑐𝑚2
𝜎 𝑍 = −1000 𝑘𝑔
𝑐𝑚2
𝜏 𝑋𝑌 = 200 𝑘𝑔
𝑐𝑚2
𝜏 𝑌𝑍 = 𝜏 𝑍𝑋 = 0 X
Y
Z
Datos en 𝑘𝑔
𝑐𝑚2
Sentidos positivos en cortantes XY
𝜏 𝑋𝑌
𝜏 𝑌𝑋
𝜏 𝑋𝑌
6. Vídeo tutorial: PROBLEMA RESUELTO
RESISTENCIA DE MATERIALES 01
a) Esfuerzos y ejes principales
Según el teorema de Cauchy “en dos planos perpendiculares entre sí, las
componentes perpendiculares a la arista común de los esfuerzos cortantes que
actúan sobre dichos planos son de igual magnitud y concurren o se alejan de la
arista”
Esto permite identificar el signo y cuantía de cada
componentes de esfuerzo.
𝜎 𝑋 = 0
𝜎 𝑌 = +400 𝑘𝑔
𝑐𝑚2
𝜎 𝑍 = −1000 𝑘𝑔
𝑐𝑚2
𝜏 𝑋𝑌 = 200 𝑘𝑔
𝑐𝑚2
𝜏 𝑌𝑍 = 𝜏 𝑍𝑋 = 0 X
Y
Z
Datos en 𝑘𝑔
𝑐𝑚2
Sentidos positivos en cortantes XZ
𝜏 𝑋𝑍
𝜏 𝑍𝑋
𝜏 𝑍𝑋
𝜏 𝑋𝑍
7. Vídeo tutorial: PROBLEMA RESUELTO
RESISTENCIA DE MATERIALES 01
a) Esfuerzos y ejes principales
Según el teorema de Cauchy “en dos planos perpendiculares entre sí, las
componentes perpendiculares a la arista común de los esfuerzos cortantes que
actúan sobre dichos planos son de igual magnitud y concurren o se alejan de la
arista”
Esto permite identificar el signo y cuantía de cada
componentes de esfuerzo.
𝜎 𝑋 = 0
𝜎 𝑌 = +400 𝑘𝑔
𝑐𝑚2
𝜎 𝑍 = −1000 𝑘𝑔
𝑐𝑚2
𝜏 𝑋𝑌 = 200 𝑘𝑔
𝑐𝑚2
𝜏 𝑌𝑍 = 𝜏 𝑍𝑋 = 0 X
Y
Z
Datos en 𝑘𝑔
𝑐𝑚2
Sentidos positivos en cortantes YZ
𝜏 𝑌𝑍
𝜏 𝑍𝑌
𝜏 𝑍𝑌
𝜏 𝑌𝑍
8. Vídeo tutorial: PROBLEMA RESUELTO
RESISTENCIA DE MATERIALES 01
a) Esfuerzos y ejes principales
Datos en 𝑘𝑔
𝑐𝑚2
Los esfuerzos principales se obtienen a partir de calcular el estado de esfuerzos 𝜌 en un punto,
tomando un volumen infinitesimal del mismo.
𝜌
𝑛 (l,m,n)
𝑢
9. Vídeo tutorial: PROBLEMA RESUELTO
RESISTENCIA DE MATERIALES 01
a) Esfuerzos y ejes principales
Datos en 𝑘𝑔
𝑐𝑚2
Los esfuerzos principales se obtienen a partir de calcular el estado de esfuerzos 𝜌 en un punto,
tomando un volumen infinitesimal del mismo.
𝜌
𝑛 (l,m,n)
𝑢
𝝈 𝒁
𝝉 𝒁𝑿𝝉 𝒁𝒀
10. Vídeo tutorial: PROBLEMA RESUELTO
RESISTENCIA DE MATERIALES 01
a) Esfuerzos y ejes principales
Datos en 𝑘𝑔
𝑐𝑚2
Los esfuerzos principales se obtienen a partir de calcular el estado de esfuerzos 𝜌 en un punto,
tomando un volumen infinitesimal del mismo.
𝜌
𝑛 (l,m,n)
𝑢
𝝈 𝒁
𝝉 𝒁𝑿𝝉 𝒁𝒀
𝝈 𝒀 𝝉 𝒀𝑿
𝝉 𝒀𝒁
11. Vídeo tutorial: PROBLEMA RESUELTO
RESISTENCIA DE MATERIALES 01
a) Esfuerzos y ejes principales
Datos en 𝑘𝑔
𝑐𝑚2
Los esfuerzos principales se obtienen a partir de calcular el estado de esfuerzos 𝜌 en un punto,
tomando un volumen infinitesimal del mismo.
𝜌
𝑛 (l,m,n)
𝑢
𝝈 𝒁
𝝉 𝒁𝑿𝝉 𝒁𝒀
𝝈 𝒀 𝝉 𝒀𝑿
𝝉 𝒀𝒁
𝝈 𝑿
𝝉 𝑿𝒁
𝝉 𝑿𝒀
12. Vídeo tutorial: PROBLEMA RESUELTO
RESISTENCIA DE MATERIALES 01
a) Esfuerzos y ejes principales
Datos en 𝑘𝑔
𝑐𝑚2
Los esfuerzos principales se obtienen a partir de calcular el estado de esfuerzos 𝜌 en un punto,
tomando un volumen infinitesimal del mismo.
𝝈 𝑿 · 𝑿 𝟐
+ 𝝈 𝒀 · 𝒀 𝟐
+ 𝝈 𝒁 · 𝒁 𝟐
+ 𝟐 · 𝝉 𝑿𝒀 · 𝑿 · 𝒀 + 𝟐 · 𝝉 𝑿𝒁 · 𝑿 · Z +𝟐 · 𝝉 𝒀𝒁 · 𝒀 · Z =1
Siendo: X, Y y Z, las coordenadas del punto donde se quiere realizar el estudio
𝜌
𝑛 (l,m,n)
𝑢
𝝈 𝒁
𝝉 𝒁𝑿𝝉 𝒁𝒀
𝝈 𝒀 𝝉 𝒀𝑿
𝝉 𝒀𝒁
𝝈 𝑿
𝝉 𝑿𝒁
𝝉 𝑿𝒀
13. Vídeo tutorial: PROBLEMA RESUELTO
RESISTENCIA DE MATERIALES 01
a) Esfuerzos y ejes principales
Datos en 𝑘𝑔
𝑐𝑚2
Los esfuerzos principales se obtienen a partir de calcular el estado de esfuerzos 𝜌 en un punto,
tomando un volumen infinitesimal del mismo.
𝝈 𝑿 · 𝑿 𝟐
+ 𝝈 𝒀 · 𝒀 𝟐
+ 𝝈 𝒁 · 𝒁 𝟐
+ 𝟐 · 𝝉 𝑿𝒀 · 𝑿 · 𝒀 + 𝟐 · 𝝉 𝑿𝒁 · 𝑿 · Z +𝟐 · 𝝉 𝒀𝒁 · 𝒀 · Z =1
Siendo: X, Y y Z, las coordenadas del punto donde se quiere realizar el estudio
𝑋 =
𝑙
𝜎
𝑌 =
𝑚
𝜎
𝑍 =
𝑛
𝜎
𝜌
𝑛 (l,m,n)
𝑢
𝝈 𝒁
𝝉 𝒁𝑿𝝉 𝒁𝒀
𝝈 𝒀 𝝉 𝒀𝑿
𝝉 𝒀𝒁
𝝈 𝑿
𝝉 𝑿𝒁
𝝉 𝑿𝒀
14. Vídeo tutorial: PROBLEMA RESUELTO
RESISTENCIA DE MATERIALES 01
a) Esfuerzos y ejes principales
Datos en 𝑘𝑔
𝑐𝑚2
Los esfuerzos principales se obtienen a partir de calcular el estado de esfuerzos 𝜌 en un punto,
tomando un volumen infinitesimal del mismo.
𝝈 𝑿 · 𝑿 𝟐
+ 𝝈 𝒀 · 𝒀 𝟐
+ 𝝈 𝒁 · 𝒁 𝟐
+ 𝟐 · 𝝉 𝑿𝒀 · 𝑿 · 𝒀 + 𝟐 · 𝝉 𝑿𝒁 · 𝑿 · Z +𝟐 · 𝝉 𝒀𝒁 · 𝒀 · Z =1
Siendo: X, Y y Z, las coordenadas del punto donde se quiere realizar el estudio
𝑋 =
𝑙
𝜎
𝑌 =
𝑚
𝜎
𝑍 =
𝑛
𝜎
𝜌
𝑛 (l,m,n)
𝑢
𝝈 𝒁
𝝉 𝒁𝑿𝝉 𝒁𝒀
𝝈 𝒀 𝝉 𝒀𝑿
𝝉 𝒀𝒁
𝝈 𝑿
𝝉 𝑿𝒁
𝝉 𝑿𝒀
Al mismo tiempo l, m y n
son los cosenos directores
de la normal al plano de
estudio.
15. Vídeo tutorial: PROBLEMA RESUELTO
RESISTENCIA DE MATERIALES 01
a) Esfuerzos y ejes principales
Datos en 𝑘𝑔
𝑐𝑚2
Realizando un giro de ejes coordenados se puede conseguir que sólo existan esfuerzos
normales, anulándose todos los demás (cortantes). Los ejes que permiten este estado de
esfuerzos se denominan ejes principales.
𝝈 𝑿 · 𝑿 𝟐
+ 𝝈 𝒀 · 𝒀 𝟐
+ 𝝈 𝒁 · 𝒁 𝟐
=1
𝑋 =
𝑙
𝜎
𝑌 =
𝑚
𝜎
𝑍 =
𝑛
𝜎
Como los esfuerzos principales son perpendiculares
a las superficies que representan, se cumple: 𝜌 = 𝜌 𝑢
𝜌 𝑥 = 𝜌 · 𝑙
𝜌 𝑦 = 𝜌 · 𝑚
𝜌 𝑧 = 𝜌 · 𝑛
(𝜎 𝑥−𝜌)𝑙 + 𝜏 𝑥𝑦 𝑚 + 𝜏 𝑥𝑧n = 0
𝜏 𝑦𝑥 𝑙 + (𝜎 𝑦−𝜌)𝑚 + 𝜏 𝑦𝑧n = 0
𝜏 𝑧𝑥 𝑙 + 𝜏 𝑧𝑦 𝑚 + (𝜎𝑧−𝜌)n = 0