Este documento presenta una introducción a las teorías de falla en ingeniería mecánica. Define falla como el inicio del comportamiento inelástico de un material o el momento de ruptura. Explica que los criterios de falla se clasifican en dinámicos o cinemáticos. Luego describe varias teorías de falla comunes como la teoría de Von-Mises sobre energía de distorsión máxima y la teoría del esfuerzo cortante máximo. También discute los tipos de materiales dúctiles y frágiles
1. Integrante
Patricia Acosta. C.I: 24.605.828
06 de Marzo del 2016
REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DEL PODER POPULAR UNIVERSITARIA
I.U.P “SANTIAGO MARIÑO”
ELEMENTO DE MAQUINAS
2. INTRODUCCIÒN
Para establecer una teoría de falla cualquiera, es condición definir claramente
lo que se entiende por falla, dentro de tal teoría. En términos generales no
existe una definición exacta del concepto de falla; pero puede significar el
principio del comportamiento inelástico del material o el momento de la
ruptura del mismo, por así decirlo. Aceptando una teoría en la que la
resistencia del material este expresada en términos del esfuerzo cortante
máximo que resiste dicho material puede establecer el momento en que ocurre
la falla estudiando la curva de esfuerzo cortante- deformaciones angulares. Los
criterios de falla que se han presentado en pasado podrían clasificarse
primeramente en dos grupos, el que utiliza criterios dinámicos; es decir. Que
refiere la condición de falla a esfuerzos actuantes y el que utiliza criterios
cinemáticas, en los que la falla se define en términos de las deformaciones
producidas. Actualmente, las Teorías de Falla mas usadas siguen criterios
dinámicos y las correspondientes al segundo grupo no gozan de gran
predicamento. Estas son algunas de las fallas de tipo cinemática que están
dentro del primer grupo.
6. MATERIALES VS FALLAS
Dos tipos de fallas mecánica de ocurrencia común en
los materiales son la fluencia y la fractura.
• La fluencia o deformación permanente es el
desplazamiento pronunciado a lo largo de ciertos
planos en el material. Tiene lugar sin ruptura.
• La fractura es una falla por separación que ocurre
sobre una sección transversal normal al esfuerzo de
tensión.
8. TIPOS DE MATERIALES
• Un material dúctil Cuando de un material se dice que es dúctil será porque
el mismo es fácil de deformarse, moldearse, malearse o extenderse con
gran facilidad.
La ductilidad, por su lado, será la propiedad de aquellos materiales, los cuales,
bajo la acción de una fuerza, pueden deformarse sin por ello llegar a
romperse. Entonces, estos materiales que como dijimos pueden ser ciertos
metales o asfaltos se clasificarán como dúctiles. Por el contrario, los
materiales que no presentan la mencionada capacidad de deformarse sin
llegar a romperse por ello se conocen como frágiles.
9. TIPOS DE MATERIALES
• Un material frágil es la capacidad de un material de fracturarse con
escasa deformación. Por el contrario, los materiales dúctiles o
tenaces se rompen tras sufrir acusadas deformaciones,
generalmente de tipo plásticas. La fragilidad es lo contrario de la
tenacidad y tiene la peculiaridad de absorber relativamente poca
energía, a diferencia de la rotura dúctil.
10. TEORÌAS TENOMENOLÒGICA DE FALLA
PARA CARGA ESTÀTICA
• Teoría de falla por esfuerzo normal máximo
• Teoría de falla por esfuerzo constante máximo
• Teoría de falla por energía deformación normal máxima
• Teoría de falla por energía de distorsión máxima (Von- Mises-
Hencky)
• Teoría de deformación total
11. Teoría de Von- Mises o falla por energía
de distorsión máxima
Estable que:
La falla ocurrirá en la parte compleja cuando la energía
distorsión por volumen unitario exceda una prueba de
tensión simple en la falla
La energía de distorsión asociada con la fluencia es:
13. Teoría del esfuerzo cortante
máximo
Establece que:
La falla ocurre cuando el esfuerzo cortante máximo en una pieza
excede el esfuerzo cortante en una probeta a tensión en el punto
de fluencia (la mita del limite de fluencia elástico a tención)
Factor de seguridad:
14. Teoría de falla por esfuerzo normal máximo
Establece que:
La falla ocurrir cuando el esfuerzo normal en la probeta llegue a cierto
limite de resistencia normal como el limite fluencia elástico a tensión o la
resistencia máxima a tensión
Factor de seguridad:
15. Teoría de Coulomb Morh
En laboratorio una muestra del material se conforma como una viga en
rotación a la cual se aplica un momento flector puro, de forma que el
esfuerzo varía de tensión máxima a compresión máxima.
• Materiales uniforme: son los que tienen tendencia a tener una
resistencia a compresión igual a la resistencia de tensión
• Materiales no uniforme: son los materiales que tienen una resistencia
mucho mayor a la compresión de tensión
17. Criterios de las teorías de fallas
CRITERIO DE FALLA DE LA MAXIMA TENSION NORMAL (o Teoría de Rankine)
Quizás el más simple de los criterios es aquel en que se espera la falla
cuando la mayor de las tensiones principales alcanza la resistencia uniaxial
del material. Como esta aproximación ha tenido gran suceso en la
predicción de la fractura de materiales frágiles debería ser considerado
como un criterio de fractura distinguiéndolo del criterio de fluencia.
CRITERIO DE FALLA DE LA MAXIMA TENSION DE CORTE
La fluencia de materiales dúctiles, normalmente ocurre cuando la máxima
tensión de corte en cualquier plano alcanza un valor crítico,el cual es una
propiedad del material .
18. Criterios de las teorías de fallas
CRITERIO DE FALLA DE LA MAXIMA ENERGIA DE DISTORSION. (también conocido
como teoría de Hubert-Mises-Hencky)
Este es otro criterio comúnmente empleado para metales dúctiles, y dice que el
principio de fluencia se produce cuando la energía de distorsión alcanza un valor
crítico.
LAS TENSIONES HIDROSTÁTICAS Y EL CRITERIO DE LA MÁXIMA TENSIÓN DE
CORTE Consideremos el caso especial de un estado tensional en el que las
tensiones principales son todas iguales: o1 = o2 = o3 = oh.
19. Aplicación Teorías de Falla.
Hasta aquí el tema ha sido expuesto considerando que sobre el elemento sometido a
un estado de tensiones combinado (circunstancia que genera dudas respecto a su
condición de resistencia), actúan tensiones principales. Mediante distintas hipótesis
comparamos dicho estado de tensiones combinado, con la capacidad del mismo
material en un ensayo de tracción simple al momento de la falla, tomando como dato
la tensión si fuera dúctil o la rot si fuera frágil.
Desde el punto de vista del dimensionamiento o de la verificación, normalmente lo
que pretendemos es que con sus dimensiones el elemento en estudio sea capaz de
resistir los esfuerzos a los que va a ser sometido, con un cierto grado de seguridad.
Para ello lo que se hace es tomar como referencia un valor admisible como valor
máximo para las tensiones (en lugar del valor de falla); es decir, tomar como tensión
de comparación. En determinadas circunstancias, puede resultar conveniente
disponer de ecuaciones donde el estado de tensiones combinado.
