sesion 1- cargas combinadas 2015-ii

INTRODUCCIÓN AL DISEÑO DE ELEMENTOS DE MÁQUINAS

Ing. Juan Carlos Vives Garnique

FASES DEL DISEÑO:


CONSIDERACIONES DEL DISEÑO


CONSIDERACIONES DEL DISEÑO

CODIGOS Y NORMAS:

Una norma o estándar es un conjunto de especificaciones para piezas, materiales o procesos establecidos, con el fin de lograr uniformidad, eficiencia y calidad especificadas.

Dentro de las organizaciones que interesan principalmente a los ingenieros mecánicos electricistas son:


CODIGOS Y

NORMAS


CONSIDERACIONES DEL DISEÑO:

ESFUERZO Y RESISTENCIA

La resistencia en una propiedad inherente de un elemento, propiedad integrada en la pieza debido al uso del material y a un proceso particular.


TIPO DE ACERO ASTM Sy (Kpsi) Su (Kpsi) Tamaño (hasta, in)

Al Carbono A36 36 58 8

Al Carbono A529 42 60 0.5

De baja Aleación A572 42 60 6

De baja Aleación A572 50 65 2

Inoxidable A588 50 70 4

De aleación Q&T A514 100 110 2.5

CONSIDERACIONES DEL DISEÑO:

ESFUERZO Y RESISTENCIA

El esfuerzo permisible es el valor reducido de la resistencia, que se utilizan en el diseño para determinar las dimensiones de elementos con tamaños establecidos de acuerdo con la resistencia.

TENSIÓN: 0.45 Sy ≤ σ permisible ≤ 0.60 Sy

CORTE: σ permisible= 0.40 Sy

FLEXIÓN: 0.60 Sy ≤ σ permisible ≤ 0.75 Sy

APLASTAMIENTO: σ permisible = 0.90 Sy


FACTOR DE SEGURIDAD

Es un procedimiento tan antiguo como el propio diseño de ingeniería, el factor de seguridad «n», esta definido por:

𝑛 =𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎

𝑒𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜


FACTOR DE DISEÑO (ɳ)

El factor de diseño «nd», esta definido por:

ɳ =𝑝𝑎𝑟á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑝é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑓𝑢𝑛𝑐𝑖ó𝑛

𝑝𝑎𝑟á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜 𝑝𝑒𝑟𝑚𝑖𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒

ɳ =𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑝é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑓𝑢𝑛𝑐𝑖ó𝑛

𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑝𝑒𝑟𝑚𝑖𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒


FACTOR DE SERVICIO (k)

• Para soporte de elevadores k= 2

• Para vigas maestras de soporte de vigas puente, con cabina de operador y sus uniones k=1.25

• Para vigas maestras de soporte de grúa puente k= 1.10

• Para soporte de maquinaria ligera k≥1.20

• Para soporte de maquinaria de movimiento alternativo k≥1.50

• Para suspensiones de pisos y plataformas k=1.33


FACTOR DE CONFIABILIDAD

• La medida estadística de la probabilidad de que un elemento mecánico no falle cuando esté en servicio se llama confiabilidad.

0 < R < 1

• Si R=0.9 significa que hay 90% de probabilidades que la pieza funcione adecuadamente sin fallar.


HERRAMIENTAS COMPUTACIONALES (FEA)

• SOLIDWORKS SIMULATION

• ALGOR

• ANSYS

• NASTRAM


CONSIDERACIONES PARA DISEÑO


CONSIDERACIONES DE ESTUDIO DISEÑO DE ELEMENTOS MECÁNICOS


PROPIEDADES

MECÁNICAS


Introducción a los procesos de maquinado

EL ENSAYO DE TRACCION EL DIAGRAMA ESFUERZO(σ) - DEFORMACION ()

CONVENCIONAL Y REAL ENSAYO DE TRACCIÓN

Familias de materiales


DISEÑO

PROPIEDADES FÍSICAS

Densidad, propiedades térmicas,

eléctricas, magnética y ópticas

CARACTERÍSTICAS DE

FABRICACIÓN

Síntesis del material, conformado,

ejecución de uniones, acabado

PROPIEDADES SUPERFICIALES

Corrosión, oxidación, fricción, desgaste

PROPIEDADES MECÁNICAS

Rigidez, tenacidad, resistencia

mecánica, dureza, resistencia a la

fatiga, fatiga térmica, resistencia a la

fluencia

PRECIO Y DISPONIBILIDAD

FUNCIÓN ESTÉTICA

Apariencia, textura

PROPIEDADES INTRÍNSECAS

CONSIDERACIONES


DISEÑO Y SELECCIÓN DE MATERIALES PARA EL ALA DE UN AVION

• Describa alguna de las propiedades mecánicas y físicas clave, a tomar en consideración al diseñar el material para el ala de un avión.

• SOLUCION:

1. Primero consideraremos propiedades mecánicas .

- El material debe tener alta resistencia para soportar las fuerzas que actúan sobre el ala.

- El ala también esta expuesta durante el aterrizaje y el despegue a una aplicación alternada o cíclica de fuerzas, así como a vibraciones durante el vuelo; por tanto las propiedades de resistencia a la ………………. son de importancia.

- Durante el vuelo supersónico, el ala puede llegar a ponerse muy caliente, por lo que puede resultar critica la resistencia a la …………………

2. Las propiedades físicas también son de importancia.

- Dado que el ala debe ser todo lo ligera que sea posible, el material debe tener baja……………..

- Si el ala esta expuesta a atmósfera marina, se requiere resistencia a la …………………..

- En caso de ser alcanzada por un rayo, la carga eléctrica deberá poder disiparse, a fin de evitar daños localizados; en consecuencia, el material deberá tener buena ………………

• Material a utilizar: aleaciones de aluminio.

• Hoy día , sin embargo en muchas aeronaves modernas de alto rendimiento se utilizan compuestos de matrices poliméricas reforzadas con fibra.

fatiga

Termofluencia.

Densidad.

corrosión.

conductividad.


TIPOS DE CARGAS

TIPOS DE CARGAS:

Carga Axial:

Tracción o Compresión (P)

Esfuerzo Normal (σ)

• Esfuerzo Normal:

𝜎 =𝐹

𝐴


TIPOS DE CARGAS:

• Esfuerzo Cortante o Cizallamiento:

𝜏 =𝑉

𝐴


Carga Radial Vertical u horizontal:

Cortante

Esfuerzo Cortante (𝜏)

TIPOS DE CARGAS:

Carga Radial:

Fuerza cortante en vigas



TIPOS DE CARGAS:

Carga Tangencial:

Momento Torsor

Esfuerzo Normal (σ)


TIPOS DE CARGAS:

Carga Tangencial:

Momento torsor



ESFUERZOS COMBINADOS DEBIDO A CARGAS

COMBINADAS

¿Qué son los esfuerzos

combinados?


ESFUERZO NORMAL AXIAL

ESFUERZO NORMAL POR

FLEXION

ESFUERZO CORTANTE

POR FLEXION

ESFUERZO CORTANTE POR

TORSION

ESFUERZO COMBINADOS

O CARGAS COMBINADAS.


ESFUERZOS COMBINADOS: Flexión y Axial


CARGAS COMBINADAS: Estado de tensiones en un punto.


CARGAS COMBINADAS: Orientación de esfuerzos máximos.


CARGAS COMBINADAS: Esfuerzos principales.


CARGAS COMBINADAS: Esfuerzos principales


Ejercicio: Vigas (CARGAS COMBINADAS).


EX. ENTRADA

10 KN

Determine en la estructura lo siguiente: - Fuerzas (DCL)

- Momentos (DIAGRAMA) - Esfuerzos


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