Esfuerzo y Deformación

1. Esfuerzo y Deformación
Realizado por:
Vicmelys Zamora
C.I: 22.890.326
Materia: Elementos de Maquina
Prof. Julián Carneiro
Porlamar, 15 de Octubre de 2014

2. El 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.
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.

3. Formula de esfuerzo.
Los esfuerzos que actúan sobre una superficie plana
pueden ser uniformes en toda el área o bien variar la
intensidad de un punto a otro.
 P= Fuerza axial.
 A= Área de la sección transversal.

4. Tipos de Esfuerzo.
Al construir una estructura se necesita tanto un diseño
adecuado como unos elementos que sean capaces de
soportar las fuerzas, cargas y acciones a las que va a
estar sometida.
Los tipos de esfuerzos que deben soportar los
diferentes elementos de las estructuras son:
 Tracción.
 Compresión
 Cizallamiento o cortadura.
 Flexión.
 Torsión.

5. Tracción.
Hace que se separen entre sí las distintas partículas que
componen una pieza, tendiendo a alargarla. Por
ejemplo, cuando se cuelga de una cadena una lámpara,
la cadena queda sometida a un esfuerzo de tracción,
tendiendo a aumentar su longitud.

6. Compresión.
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.

7. Cizallamiento o cortadura.
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.

8. Flexión.
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.

9. Torsión.
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.

10. Deformación.
Es el cambio en el tamaño o forma de un cuerpo debido
a esfuerzos internos producidos por una o más fuerzas
aplicadas sobre el mismo o la ocurrencia de dilatación
térmica.
 δ = cociente de alargamiento
 L = Longitud inicial

11. Medidas de la deformación
La magnitud más simple para medir la deformación es lo
que en ingeniería se llama deformación axial o
deformación unitaria se define como el cambio de
longitud por unidad de longitud:
de la misma magnitud

12. Tipos de deformaciones.
Tanto para la deformación unitaria como para el tensor
deformación se puede descomponer el valor de la
deformación en:
 Deformación plástica: modo de deformación en que
el material no regresa a su forma original después de
retirar la carga aplicada. Esto sucede porque, en la
deformación plástica, el material experimenta
cambios termodinámicos irreversibles al adquirir
mayor energía potencial elástica.

13. Tipos de deformaciones.
 Deformación elástica: el cuerpo recupera su forma
original al retirar la fuerza que le provoca la
deformación. En este tipo de deformación, el sólido,
al variar su estado tensional y aumentar su energía
interna en forma de energía potencial elástica, solo
pasa por cambios termodinámicos reversibles

14. Tipos de deformaciones.
 Fractura: Este tipo de deformación también es
irreversible. Una ruptura se produce después de que el
material ha alcanzado el extremo de la goma, de
plástico y, a continuación, los rangos de deformación.
En este punto, las fuerzas se acumulan hasta que son
suficientes para causar una fractura. Todos los
materiales eventualmente fractura, si se aplican
fuerzas suficientes.

15. Tipos de deformaciones.
 Fractura dúctil: Esta fractura ocurre
bajo una intensa deformación plástica.
La fractura dúctil comienza con la
formación de un cuello y la formación de
cavidades dentro de la zona de
estrangulamiento. Luego las cavidades se
fusionan en una grieta en el centro de la
muestra y se propaga hacia la superficie
en dirección perpendicular a la tensión
aplicada. Cuando se acerca a la superficie,
la grieta cambia su dirección a 45° con
respecto al eje de tensión y resulta una
fractura de cono y embudo.

16. Tipos de deformaciones.
 Fractura frágil: La fractura frágil tiene lugar sin una
apreciable deformación y debido a una rápida
propagación de una grieta. Normalmente ocurre a lo
largo de planos cristalográficos específicos
denominados planos de fractura que son
perpendiculares a la tensión aplicada.

17. Energía de deformación
La deformación es un proceso termodinámico en el que la
energía interna del cuerpo acumula energía potencial elástica.
A partir de unos ciertos valores de la deformación se pueden
producir transformaciones del material y parte de la energía
se disipa en forma de plastificado, endurecimiento, fractura o
fatiga del material.

18. Diagrama de esfuerzo- deformación
El diseño de elementos estructurales implica determinar la resistencia
y rigidez del material estructural, estas propiedades se pueden
relacionar si se evalúa una barra sometida a una fuerza axial para la
cual se registra simultáneamente la fuerza aplicada y el alargamiento
producido. Estos valores permiten determinar el esfuerzo y la
deformación que al graficar originan el denominado diagrama de
esfuerzo y deformación. Los diagramas son similares si se trata del
mismo material y de manera general permite agrupar los materiales
dentro de dos categorías con propiedades afines que se denominan
materiales dúctiles y materiales frágiles. Los diagramas de materiales
dúctiles se caracterizan por ser capaces de resistir grandes
deformaciones antes de la rotura, mientras que los frágiles presenta
un alargamiento bajo cuando llegan al punto de rotura.

19. Diagrama de esfuerzo- deformación

20. Elementos de diagrama esfuerzo-deformación.
En un diagrama se observa un tramo recta inicial hasta un punto denominado límite
de proporcionalidad. Los puntos importantes del diagrama de esfuerzo
deformación son:
 Límite de proporcionalidad: hasta este punto la relación entre el esfuerzo y la
deformación es lineal.
 Limite de elasticidad: más allá de este límite el material no recupera su forma
original al ser descargado, quedando con una deformación permanente.
 Punto de cedencia: aparece en el diagrama un considerable alargamiento o
cedencia sin el correspondiente aumento de carga. Este fenómeno no se observa
en los materiales frágiles;
 Esfuerzo último: máxima ordenada del diagrama esfuerzo – deformación;
 Punto de ruptura: cuanto el material falla. Dado que el límite de
proporcionalidad, elasticidad y punto de cedencia están tan cerca se considera
para la mayoría de los casos como el mismo punto. De manera que el material al
llegar a la cedencia deja de tener un comportamiento elástico y la relación lineal
entre el esfuerzo y la deformación deja de existir.

21. Ley de Hooke.
La ley de elasticidad de Hooke o ley de Hooke, originalmente formulada para
casos del estiramiento longitudinal, establece que el alargamiento unitario que
experimenta un material elástico es directamente proporcional a la fuerza
aplicada : F
siendo el alargamiento, la longitud original, : módulo de Young, la sección
transversal de la pieza estirada. La ley se aplica a materiales elásticos hasta un
límite denominado límite elástico.
Esta ley recibe su nombre de Robert Hooke, físico británico contemporáneo de
Isaac Newton, y contribuyente prolífico de la arquitectura. Esta ley comprende
numerosas disciplinas, siendo utilizada en ingeniería y construcción, así como
en la ciencia de los materiales.

23. Un alambre de acero de 10 m se estira 3.08 mm debido a
la carga de 200 N. ¿Cuál es la deformación longitudinal?