ESFUERZO, DEFORMACION, FLEXION, FATIGA Y TORSION

ESFUERZO DEFORMACION FATIGA
FLEXION Y TORSION (CAPITULO I,II,III)
DENNYS MARCANO

INTRODUCCION
 En la vida cotidiana todo cuerpo en algún momento debe
soportar alguna fuerza aplicada, el estudio de ese esfuerzo y
deformación.
 En Ingeniería se seleccionan materiales para diversas
aplicaciones y componentes adecuando las propiedades del
material a las condiciones funcionales requeridas por el
componente.
 El primer paso en el proceso de selección requiere el análisis de
la aplicación para determinar las características más importantes
que debe poseer el material; una vez determinadas las
propiedades requeridas, se selecciona el material adecuado
usando datos que se encuentran en los manuales y bases de
datos, entonces es ideal conocer acerca del esfuerzo y la
deformación que sufren los diferentes tipos de materiales

CAPITULO I
ESFURZO-DEFORMACION

ESFUERZO
se define aquí como la intensidad de las fuerzas
componentes internas distribuidas que resisten un
cambio en la forma de un cuerpo. El esfuerzo se
define en términos de fuerza por unidad de área.
Existen tres clases básicas de esfuerzos: tensivo,
compresivo y corte. El esfuerzo se computa sobre la
base de las dimensiones del corte transversal de
una pieza antes de la aplicación de la carga, que
usualmente se llaman dimensiones originales.

TIPOS DE ESFUERZO
 Tracción: Esfuerzo interno al que está
sometido un cuerpo por la aplicación de dos
fuerzas que actúan en sentido opuesto, y
tienden a estirarlo. Lógicamente, se considera
que las tensiones que tiene cualquier sección
perpendicular a dichas fuerzas son normales
a esa sección, y poseen sentidos opuestos a
las fuerzas que intentan alargar el cuerpo.

CISALLAMIENTO
Se produce cuando se aplican fuerzas
perpendiculares a la pieza, haciendo que las
partículas del material tiendan a resbalar o
desplazarse las unas sobre las otras. Al cortar
con unas tijeras un papel estamos provocando
que unas partículas tiendan a deslizarse sobre
otras. Los puntos sobre los que apoyan las
vigas están sometidos a cizallamiento.

TORSION
Las fuerzas de torsión son las que hacen que
una pieza tienda a retorcerse sobre su eje
central. Están sometidos a esfuerzos de torsión
los ejes, las manivelas y los cigüeñales .Es la
multiplicación de la fuerza y la distancia más
corta entre el punto de aplicación de la fuerza y
el eje fijo.

COMPRESION
es la resultante de las tensiones o presiones
que existe dentro de un sólido deformable o
medio continuo. Hace que se aproximen las
diferentes partículas de un material, tendiendo
a producir acortamientos o aplastamientos.
Cuando nos sentamos en una silla, sometemos
a las patas a un esfuerzo de compresión, con lo
que tiende a disminuir su altura.

FLEXION
Es una combinación de compresión y de
tracción. Mientras que las fibras superiores de
la pieza sometida a un esfuerzo de flexión se
alargan, las inferiores se acortan, o viceversa.
Al saltar en la tabla del trampolín de una
piscina, la tabla se flexiona. También se flexiona
un panel de una estantería cuando se carga de
libros o la barra donde se cuelgan las perchas
en los armarios

DEFORMACION
Se define como el cambio de forma de un cuerpo, el cual
se debe al esfuerzo, al cambio térmico, al cambio de
humedad o a otras causas. En conjunción con el esfuerzo
directo, la deformación se supone como un cambio lineal
y se mide en unidades de longitud. En los ensayos de
torsión se acostumbra medir la deformación cómo un
ángulo de torsión (en ocasiones llamados detrusión)
entre dos secciones especificadas. Cuando la
deformación se define como el cambio por unidad de
longitud en una dimensión lineal de un cuerpo, el cual va
acompañado por un cambio de esfuerzo, se denomina
deformación unitaria debida a un esfuerzo

TIPOS DE DEFORMACION
Deformación elástica:
cambio temporal de forma producido por una fuerza
mecánica dentro del límite elástico (proporcional)
del material bajo presión, recuperándose la forma y
dimensión originales al eliminar la fuerza
deformante. La fuerza, al estar por debajo del límite
proporcional, hace que los átomos del enrejado
cristalino se desplacen sólo en valores tales que, al
disminuir a que élla, vuelvan a su posición original

DEFORMACION PLASTICA
cambio permanente de forma o dimensión
debido a una fuerza mecánica mayor que el
límite elástico(proporcional) del material bajo
presión, que no recupera su forma original al
eliminar la fuerza deformante. La fuerza que
excede el límite proporcional, hace que los
átomos del enrejado cristalino se desplacen
hasta el punto de no poder volver más a su
posición original

EJERCICIOS
ESFUERZO Y DEFORMACION

FLEXION
En ingeniería se denomina flexión al tipo de
deformación que presenta un elemento estructural
alargado en una dirección perpendicular a su eje
longitudinal. El término "alargado" se aplica cuando
una dimensión es dominante frente a las otras. Un
caso típico son las vigas, las que están diseñadas
para trabajar, principalmente, por flexión.
Igualmente, el concepto de flexión se extiende a
elementos estructurales superficiales como placas o
láminas.

MOMENTO FLECTOR
momento flector un momento de fuerza resultante de una
distribución de tensiones sobre una sección transversal
de un prisma mecánico flexionado o una placa que es
perpendicular al eje longitudinal a lo largo del que se
produce la flexión. o Es una solicitación típica en vigas y
pilares y también en losas ya que todos estos elementos
suelen deformarse predominantemente por flexión. El
momento flector puede aparecer cuando se someten
estos elementos a la acción un momento (torque) o
también de fuerzas puntuales o distribuidas.

DEFORMACIONES EN UN
ELEMENTO SIMÉTRICO SOMETIDO
A FLEXIÓN
Las deformaciones de un elemento prismático que posee un
plano de simetría esta sometido en sus extremos a pares
iguales y opuestos M y M’ que actúan en el plano de simetría.
El elemento se flexionará bajo la acción de los pares, pero
permanecerá simétrico con respecto a dicho plano como se
mostrará en la siguiente figura. Además, como el momento
flector M es cualquier sección, el elemento se flexionara de
manera uniforme. Así, la línea de intersección AB entre la cara
superior del elemento y el plano de los pares tendrá una
curvatura constante.
Es decir, la línea AB, que era originalmente recta, se
transformará en un circulo de centro C.

FATIGA
Se define como el deterioro de un material por acción de ciclos
repetidos de esfuerzo y deformación, lo que resulta en un
agrietamiento progresivo que finalmente produce la fractura.
La naturaleza de esta falla resulta del hecho de que existen
regiones microscópicas, normalmente en la superficie del miembro,
donde el esfuerzo local es mucho más grande que el esfuerzo
promedio que actúa en la sección transversal. Cuando este
esfuerzo mas grande se aplica en forma cíclica, conduce a la
formación de grietas diminutas. La presencia de estas grietas
provoca un aumento posterior del esfuerzo en sus puntas o
fronteras, lo cual a su vez ocasiona una extensión posterior de las
grietas en el material cuando el esfuerzo continúa ejerciendo su
acción.

FASES DE UN FALLO POR
FATIGA
INICIACIÓN : Una o más grietas se desarrollan en el material. Las
grietas pueden aparecer en cualquier punto del material pero en
general ocurren alrededor de alguna fuente de concentración de
tensión y en la superficie exterior donde las fluctuaciones de
tensión son más elevadas.
PROPAGACIÓN :Alguna o todas las grietas crecen por efecto de
las cargas.
ROTURA: La pieza continúa deteriorándose por el crecimiento de la
grieta quedando tan reducida la sección neta de la pieza que es
incapaz de resistir la carga desde un punto de vista estático
produciéndose la rotura por fatiga.

DIAGRAMA S-N
DIAGRAMA S-N Con el objeto de especificar una resistencia
segura para un material metálico bajo carga repetida, es necesario
determinar un limite por debajo del cual no pueda ser detectada
una evidencia de falla después de haber aplicado una carga
durante un numero determinado de ciclos. Este esfuerzo limitante
se llama limite de fatiga o, mas propiamente, limite de resistencia a
la fatiga el cual es aquel esfuerzo para la cual la gráfica S-N se
vuelve horizontal o asintótica. Usando una máquina de ensayos
para este propósito, una serie de muestras son sometidas a un
esfuerzo específico aplicado cíclicamente hasta su falla. Los
resultados se trazan en una gráfica que represente el esfuerzo S
como ordenada y el número de ciclos N a la falla como abscisa.
Esta gráfica se llama diagrama S-N, o diagrama esfuerzos-ciclos.

TORSION
TORSION La torsión es el efecto producido por
aplicar fuerzas paralelas de igual magnitud pero
en sentido opuesto en el mismo sólido.
Ejemplo: cuando se exprime un coleto, al girar
la perilla de una puerta, el movimiento
transmitido por el volante al árbol de levas, al
apretar un tornillo ,etc

Diagrama momentos de torsión Al aplicar las ecuaciones de la
estática, en el empotramiento se producirá un momento torsión
igual y de sentido contrario a T. Si cortamos el eje por 1-1 y nos
quedamos con la parte de abajo, para que este trozo de eje este
en equilibrio, en la sección 1-1 debe existir un momento torsión
igual y de sentido contrario. Por tanto en cualquier sección de
este eje existe un momento torsión T.
Torsión general: En el caso general se puede demostrar que el
giro relativo de una sección no es constante y no coincide
tampoco con la función de alabeo unitario.
Torsión de Saint-Venant pura Es aplicable a piezas prismáticas
de gran inercia torsional con cualquier forma de sección, en esta
simplificación se asume que el llamado momento de alabeo es
nulo, lo cual no significa que el alabeo seccional también lo sea.

CONCLUSION
Los materiales, en su totalidad, se deforman a una carga externa. Se sabe
además que, hasta cierta carga límite el sólido recobra sus dimensiones
original es cuando se le descarga. La recuperación de las dimensiones
originales al eliminarla carga es lo que caracteriza al comportamiento
elástico. La carga límite por encima de la cual ya no se comporta
elásticamente es el límite elástico. Al sobrepasar el límite elástico, el cuerpo
sufre cierta deformación permanente al ser descargado, se dice entonces
que ha sufrido deformación plástica.
El comportamiento general de los materiales bajo carga se puede clasificar
como dúctil o frágil según que el material muestre o no capacidad para sufrir
deformación plástica. Los materiales dúctiles exhiben una curva Esfuerzo -
Deformación que llega a su máximo en el punto de resistencia a la tensión.
En materiales más frágiles, la carga máxima o resistencia a la tensión ocurre
en el punto de falla. En materiales extremadamente frágiles, como los
cerámicos, el esfuerzo de fluencia, la resistencia a la tensión y el esfuerzo
de ruptura son iguales.

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