REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAINSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO “SANTIAGO MARIÑO”

EXTENSIÓN PORLAMAR      

ELEMENTO DE MAQUINAS        

REALIZADO POR: VALERIO, JOSEANGEL

C.I: 23.591.251  

PORLAMAR, JUNIO DEL 2015

INTRODUCCION

El uso de los materiales en las obras de ingeniería hace necesario el conocimiento de las propiedades físicas de aquellos, y para conocer estas propiedades es necesario llevar a cabo pruebas que permitan determinarlas. Organismos como la ASTM (American Society for Testing and Materials) Estados Unidos , o el ICONTEC en Colombia, se encargan de estandarizar las pruebas; es decir, ponerles Limites dentro de los cuales es significativo realizarlas, ya que los resultados dependen de la forma y el tamaño de las muestras, la velocidad de aplicación de las cargas, la temperatura y de otras variables

ESFUERZO

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. 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.

COMPONENTES DEL ESFUERZO Los esfuerzos originados por fuerzas de superficie son

también magnitudes de tipo vectorial que se pueden descomponer y componerse como tales. En el caso general, un vector esfuerzo que actúa sobre un plano lo hace en forma oblicua a él. Un esfuerzo que actué perpendicularmente a un plano se denomina esfuerzo normal, y uno que actué paralelamente a un plano se denomina esfuerzo de cizalla.

ESTADO DE ESFUERZO, EL TENSOR DE ESFUERZO Y EL ELIPSOIDE DE ESFUERZO

Se define como estado de esfuerzo al conjunto de los infinitos vectores esfuerzo que actúan sobre los infinitos planos que pasan por un punto en un instante dado. Esto no es ya una magnitud vectorial, sino una cantidad física compuesta de una infinidad de vectores y se denominan tensor de segundo orden.

Los tensores son cantidades físicas que expresan diferentes cosas. Los tensores de orden cero, representan escalares. Los de primer orden representan vectores en el espacio. Donde el modulo expresa la intensidad y dos argumentos ó ángulos que forma con dos de los ejes coordenados en el espacio. Los tensores de segundo orden generalmente representan infinitos vectores y expresan una propiedad que permite establecer una relación entre dos vectores. Normalmente, un tensor de segundo orden necesita de 9 cantidades o componentes para ser definido. Para definir espacialmente al tensor de esfuerzo se eligen los tres planos perpendiculares a cada uno de los tres ejes cartesianos de coordenadas, y se escogen en cada plano tres componentes del vector esfuerzo que actúa sobre él: la componente normal y dos componentes de cizalla que actúan según las direcciones paralelas a los ejes de coordenadas paralelas al plano

CLASES DE ESTADOS DE ESFUERZO. Estado de esfuerzos uniaxial.- Sólo existe un esfuerzo

principal. La figura geométrica que lo representa es un par de flechas de igual magnitud y sentidos opuestos.

Estado de esfuerzos biaxial.- Sólo existen dos esfuerzos principales, por ejemplo σ1 y σ2. La figura que los representa en este caso es, en el caso general una elipse, formada por las puntas de todos los vectores, si éstos son tensiónales, ó por el extremo de las colas si estos son compresivos

Estado de Esfuerzos Triaxial.- Existen tres esfuerzos principales σ1, σ2, σ3 diferentes de cero. La figura que representa en este caso particular es un elipsoide, salvo que σ1 sea compresivo y σ2 tensiónal, en cuyo caso no puede hablarse de elipsoide de esfuerzo, aunque sí de estado y de tensor de esfuerzos.

LA RESISTENCIA ÚLTIMA El término resistencia última está relacionado con el

esfuerzo máximo que un material puede desarrollar. La resistencia a la tensiones el máximo esfuerzo de tensión que un material es capaz de desarrollar. La imagen a continuacion muestra, esquemáticamente, las relaciones entre esfuerzo y deformación para un metal dúctil y un metal no dúctil cargado hasta la ruptura por tensión:

DEFORMACIÓN Definimos deformación como cualquier cambio en la

posición o en las relaciones geométricas internas sufrido por un cuerpo como consecuencia de la aplicación de un campo de esfuerzos y explicamos que una deformación puede constar de hasta cuatro componentes: translación, rotación, dilatación y distorsión. En el caso general, una deformación las incluye a todas, pero deformaciones particulares pueden constar de tres, dos o una de las componentes.

RELACIÓN ENTRE EL ESFUERZO Y LA DEFORMACIÓN.

la deformación se define como cualquier cambio en la posición o en las relaciones geométricas internas sufridas por un cuerpo siendo consecuencia de la aplicación de un campo de esfuerzos, por lo que se manifiesta como un cambo de forma, de posición, de volumen o de orientación. puede tener todos estos componentes, cuando esto ocurre se dice que la deformación es total.

DIAGRAMA 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

ruptura .

ELASTICIDAD En física el término elasticidad designa la propiedad mecánica de

ciertos materiales de sufrir deformaciones reversibles cuando se encuentran sujetos a la acción de fuerzas exteriores y de recuperar la forma original si estas fuerzas exteriores se eliminan.

La elasticidad es estudiada por la teoría de la elasticidad, que a su vez es parte de la mecánica de los sólidos deformables. La teoría de la elasticidad (TE) como la mecánica de sólidos (MS) deformables describe cómo un sólido (o fluido totalmente confinado) se mueve y deforma como respuesta a fuerzas exteriores

 PLASTICIDAD

La plasticidad es la propiedad mecánica de un material anelastico, natural, artificial, biológico o de otro tipo, de deformación permanente e irreversiblemente cuando se encuentra sometido a tenciones por encima de su rango elástico, es decir, por encima de su limite elástico.

En los metales, la plasticidad se explica en términos de desplazamientos irreversibles de dislocaciones

LEY DE ELASTICIDAD DE HOOKE

  En física, la ley de elasticidad de Hooke o ley de

Hooke, originalmente formulada para casos de estiramiento longitudinal, establece que el alargamiento unitario que experimenta un material elástico es directamente proporcional a la fuerza aplicada sobre el mismo :

FATIGA

Eningenieria y, en especial, en ciencia de los materiales, la fatiga de materiales se refiere a un fenómeno por el cual la rotura de los materiales bajo cargas dinámicas cíclicas se produce más fácilmente que con cargas estáticas. Aunque es un fenómeno que, sin definición formal, era reconocido desde la antigüedad, este comportamiento no fue de interés real hasta la Revolución Industrial, cuando, a mediados del siglo xx se comenzaron a producir las fuerzas necesarias para provocar la rotura de los materiales con cargas dinámicas muy inferiores a las necesarias en el caso estático; y a desarrollar métodos de cálculo para el diseño de piezas confiables. Este no es el caso de materiales de aparición reciente, para los que es necesaria la fabricación y el ensayo de prototipos.

TORSIÓN

En ingeniería, torsión es la solicitación que se presenta cuando se aplica un momento sobre el eje longitudinal de un elemento constructivo o prisma mecánico, como pueden ser ejes o, en general, elementos donde una dimensión predomina sobre las otras dos, aunque es posible encontrarla en situaciones diversas.La torsión se caracteriza geométricamente porque cualquier curva paralela al eje de la pieza deja de estar contenida en el plano formado inicialmente por las dos curvas. En lugar de eso una curva paralela al eje se retuerce alrededor de él

TIPOS DE TORSIÓN

Torsión de Saint-Venant pura.

La teoría de la torsión de Saint-Venant 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. Para secciones no circulares y sin simetría de revolución la teoría de Sant-Venant además de un giro relativo de la sección transversal respecto al eje baricéntrico predice un alabeo seccional o curvatura de la sección transversal. La teoría de Coulomb de hecho es un caso particular en el que el alabeo es cero, y por tanto sólo existe giro.

Torsión alabeada pura

Para piezas de muy escasa inercia torsional, como las piezas de pared delgada, puede construirse un conjunto de ecuaciones muy simples en la que casi toda la resistencia a la torsión se debe a las tensiones cortantes inducidas por el alabeo de la sección. En la teoría de torsión alabeada pura se usa la aproximación de que el momento de alabeo coincide con el momento torsor total. Esta teoría se aplica especialmente a piezas de pared delgada y se distinguen tres casos:

Sección abierta, donde no aparecen esfuerzos de membrana.

Sección cerrada simple, en el que la sección transversal puede aproximarse por una pequeña curva simple cerrada dotada de un cierto espesor.

Sección multicelular, en el que la sección transversal no es simplemente conexa pero aún así puede aproximarse por una curva no simple y un cierto espesor.

EJEMPLOS

CONCLUSIÓN

Los materiales, en su totalidad, se deforman a una carga externa. Se sabe además que, hasta cierta carga límite el sólido recobra sus dimensiones originales cuando se le descarga. La recuperación de las dimensiones originales al eliminar la 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.