solidos examen final ( pandeo, pernos, soldadura.docx

8/16/2019 SOLIDOS EXAMEN FINAL ( PANDEO, PERNOS, SOLDADURA.docx

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ersidad Nacional Del Callaomno : Álvaro Meléndez Arróspide MECANICA DE SOLIDOS II

MECÁNICA DE SLIDOS II

SE!UNDO "#A$A%O

"E#CE# "#A$A%O

“DISEÑO DE UN ELEMENTO ENTRACCIÓN Y OTRO EN COMPRESIÓN

DE NUESTRA ARMADURA –SOLDADURA Y EMPERANADO-

“

&#O'ESO# : IN!( &I")E# O#"I*

ALUMNO : MEL+NDE* A##S&IDE,

ÁL-A#O MA#".N

CDI!O : /00123%

/




INTRODUCCIÓN

En el desarrollo de es4e 4ra5a6o, pro5aremos nues4rosconocimien4os al dise7ar elemen4os de nues4raarmadura an4es analizada 89allando sus uerzas

in4ernas;( Esco<eremos un elemen4o en 4racción = o4roen compresión, los cuales de5er>n cumplir con el

an>lisis = no lle<ar al l?mi4e de pandeo, después del

cual se romper?an (

Después de ello desarrollaremos un an>lisis delemperna6e de elemen4os de nues4ra armadura an4es

analizada( Es4os elemen4os ser>n pues, analizados con4odos los conocimien4os para 9allar las carac4er?s4icas

de la soldadura = la uerza @ue de5e sopor4ar lasoldadura de5e ser 5as4an4e ma=or a la @ue ue

9allado an4eriormen4e por uerzas in4ernas( por Bl4imo, analizaremos cómo soldar elemen4os de

nues4ra armadura, = pues calcularemos el 4ama7o =especicaciones de la soldadura, poniendo énasis en@ue la uerza @ue de5e sopor4ar la soldadura de5e serlo sucien4emen4e ma=or a la 9allado an4eriormen4e

por an>lisis de uerzas in4ernar(

3




Pregunta:Disear !a se""i#n $e un e!e%ent& en"&%'resi#n $e !a ar%a$ura (a "a!"u!a$a en e!tra)a*& N+ ,. as/ %is%& $isear !a se""i#n $eun e!e%ent& en tra""i#n $e !a ar%a$ura antes"a!"u!a$a ( !a se""i#n $e un "&ntra0ient&1Uti!i2ar en a%)&s "as&s e! ACERO A-341

De nuestra estructura original:

2




Ta)!a $e an5!isis $e 6uer2as:

6uer2a -71894 C&%'resi#n6uer2a 7 -317 C&%'resi#n

6uer2a 3 418; Tra""i#n6uer2a 8 -81< C&%'resi#n6uer2a 9 -91 C&%'resi#n6uer2a 4 -81< Tra""i#n6uer2a ;¿ F JG

418; Tra""i#n Dise& '&r'an$e&

6uer2a <¿ F JI

-317 C&%'resi#n Dise& '&r'an$e&

6uer2a -71894 C&%'resi#n6uer2a , -<193; C&%'resi#n6uer2a -91, C&%'resi#n6uer2a 7¿ F DE

817 Tra""i#n Dise& $e Pern&( s&!$a$ura

6uer2a 3 817 Tra""i#n6uer2a 8 -91, C&%'resi#n6uer2a 9 -<193; C&%'resi#n




6uer2a 4 -;19 C&%'resi#n6uer2a ; <17;7 Tra""i#n6uer2a <¿ F EG

18< Tra""i#n Dise& $e Pern&( s&!$a$ura

6uer2a 18< Tra""i#n6uer2a 7, <17;7 Tra""i#n6uer2a 7 -;19 C&%'resi#n6uer2a 77 ;1<; Tra""i#n6uer2a 73 ;1<; Tra""i#n6uer2a 78¿ F AC

, C&rta 0ient& Dise& '&r'an$e&

6uer2a 79 , C&rta 0ient&6uer2a 74 , C&rta 0ient&6uer2a 7; ;19 Tra""i#n6uer2a 7< ;19 Tra""i#n

I.-Analicemos diseño porcompresión:

Sa5emos @ue el ma4erial es de acero A21 = @ue el

elemen4o %I es4> some4ido a compresión con unauerza F JI en4onces se sa5e:

Sy=36ksi=248 Mpa (tablas A−15)




E=29∗106 Ksi=200Gpa (tablas A−15) L=2.69m( 1 pulg

2.54 cm )( 100cm

1m )=106 pulg

F JI =−3.21 KN

(

lbf

4.448 N

)=−0.721 Klbf K =1( fijaci ó n articulaa)

&ara una primera evaluación vamos a u4ilizar elperl =, > 7 cu=as carac4er?s4icas son:

A=3.54 pul g2 I!!=53.8 pulg

4" r!=√

I!!

A =√

53.8 pul g4

3.54 pul g2=3.9 pulg

Iyy=2.18 pulg

4" ry

=

√

Iyy

A =

√

2.18 pul g4

3.54 pul g2=0.784 pulg

r= el menor valor entre rx y ry :

r = ry = 0.784

pulg

Se sa5e @ue para dise7ar un elemen4o encompresión se se5e cumplir @ue:

KL

r <200

1




(1 ) (106 pulg )0.784 pulg

<200

KL

# =135.2<200(cumpl$ )

"ra5a6amos con elperl:

F/0G/3

Ahora para determinar qu tipo de

pandeo es:razón de es5el4ez de 4ransición Cc :

Cc=√2%

2 E

Sy =√

2 % 2∗200∗109

pa

248∗106 pa

=126.2

A9ora 4enemos @ue cumple:

KL

# >Cc

135.2>126.2

&andeo El>s4ico!alculamos el es"uer#o permisi$le para un material A-

%& con un "actor de diseño '=(.)*:

H




COLUMNA LA#!A, &O# EULE# :

& p$r= %

2 E

( ¿ # )

2

N

=%

2200∗10

2 pa

(135.2 )2∗1.92=46.42 Mpa=8.18 Ksi

Ahora hallamos la "uer#a

admisi$le que podemos

aplicarle al elemento:

& p$r= 'am A

'am=8.18 ksi∗(15 pul g2)=122.7 K lbf

"enemos:

FJI < 'am

0.721 Klbf <122.7 K lbf

E! 'er?! =,>7 es e! A$e"ua$& 'arae! $ise& $e! e!e%ent&1




II.-Analicemos diseño por tracción:

Sa5emos @ue el ma4erial es acero A21 = @ue el

elemen4o %! es4> some4ido a 4racción con una uerza F JG

, en4onces se sa5e:


E=29∗106 Ksi=200Gpa (tablas A−15)

L=2m( 1 pulg

2.54cm )( 100cm

1m )=79 pulg

F JI =6.947 KN ( lbf

4.448 N )=1.56 Klbf

K =1( fijaci ó n articulaa)

&ara una primera evaluación vamos a u4ilizar elperl =7 > 4 cu=as carac4er?s4icas son:

A=4.71 pul g2

I!!=103 pulg4

" r!=

√ I!!

A =

√ 103 pul g

4

4.71 pul g2=4.67 pulg

Iyy=2.82 pulg4

" ry=√ Iyy

A =√

2.82 pulg4

4.71 pul g2=0.77 pulg

J





r = ry = 0.77 pulg

Se sa5e @ue para dise7ar un elemen4o en "racción se se5e cumplir @ue: KL

r <300

(1 ) (79 pulg )0.77 pulg

<300

KL

# =102.6<300(Si cumpl$)

"ra5a6amos con el

perl:=7 > 4

Ahora hallamos la "uer#a

admisi$le que podemos

aplicarle al elemento:

& p$r=Sy

N =

36 Ksi

1.67=21.55 Ksi

& p$r= 'am

A

/0




'am=21.55 ksi∗(8.79 pul g2 )=189.42 K lbf

"enemos:

FJG< 'am

1.56 Klbf <189 K lbf

E! 'er?! =7 > 4 es e! A$e"ua$&'ara e! $ise& $e! e!e%ent&1

III.-Analicemos diseño para un

corta+iento:

Sa5emos @ue el ma4erial es acero A21 = @ue elelemen4o AC es4> some4ido a 4racción con una uerza

F AC , en4onces se sa5e:


E=29∗106

Ksi=200Gpa (tablas A−15)

L=0.99m( 1 pulg

2.54 cm )( 100cm

1m )=39.35 pulg

//




F AC =0

K =1( fijaciónarticulaa)

&ara una primera evaluación vamos a u4ilizar elperl =< > 99 cu=as carac4er?s4icas son:

A=16.2 pul g2 I!!=890 pul g

4" r!=√

I!!

A =√

890 pul g4

16.2 pul g2=7.4 pulg

Iyy=44.9 pul g4

" ry=√ Iyy

A =

√

44.9 pul g4

16.2 pul g

2=1.66 pulg


r =ry = 1.66

pulg

Se sa5e @ue para dise7ar un elemen4o enCor4avien4o se se5e cumplir @ue:

KL

r <300

(1 ) (39.35 pulg )1.66 pulg

<300

KL

# =23.7<300(Si cumpl$)

/3




$; 'alla por apo=o o aplas4amien4o de la placa :

$ = & ab∗ A b

Fb = capacidad e la junta de resistir al apoyo

o aplastamiento& ab=¿ esfuerzo de apoyo permisible de las

placas = 1.2 u

!b = area sometida a apoyo = " b Dt

"b = nuemero de super#cies sometidas a

apoyo = $

t= espesor de las placas = %.$& pulg !b = "b Dt = $ '%.& pulg('%.$& pulg(=

0.525 pul g2 Fb=& ab A b=1.2su (0.525 pul g

2 )

Fb=& ab A b=1.2 (58 Ksi ) (0.525 pul g2 )=36.54 Klbf

Fb=36.54 Klbf

C;'alla por 4ensión o cor4an4e en la placa : F t =& ta∗ A t

F t =¿ Capacidad de la 6un4a a 4ensión

& ta K esuerzo permisi5le a 4ensión K /(3 S= A t K Área ne4a some4ida a 4ensión

¿ (+− N D , ) t

FK anc9o de la placa K pul<( D , K di>me4ro del a<u6ero K D8//1;pul<( N =¿ NBmero de a<u6eros en la sección de

in4erés K 2

/




Analicemos:

A t =(+− N D , ) t =(5−3 (0.5+ 1

16 )∗0.25)=4.6 pul g2

F t =& ta∗ A t =0.6Sy (4.6 pul g2)=0.6 (36ksi ) (4.6 pul g

2 )=99.36 Klbf

F t =99.36 Klbf

Ahora tenemos: La car<a permisi5le de dise7o es4> reerida al

menor valor de las 2 allas, @ue es10.325 Klbf

, =a @ue para un de4erminado esuerzo es4aser?a la primera en allar(

Comparando la car<a permisi5le con la uerzae6ercida en nues4ro elemen4o a dise7ar:

F DE< ' p$rmisibl$

0.95 Klbf <10.325 Klbf

i

cumple.

Pregunta: Ca!"u!ar !a !&ngitu$ ne"esaria $e s&!$a$ura as/"&%& e! ti'& $e s&!$a$ura ( a"er un es@ue%a

/1




$e! ti'& $e s&!$a$ura su'&nien$& @ue une!e%ent& en tra""i#n a $e ser tras!a'a$&1

)ara un elemento cuyo material es acero !$6 y *ue

el elemento +, est- sometido a traccin con una

fuerza F EG / entonces se sabe:

L=1.8m( 1 pulg

2.54cm )( 100cm

1m )=70.86 pulg( 1 pi$

12 pulg)=5.9 pi$s

F EG=11.48 KN ( lbf

4.448 )=2.58 Klbf

L(s*laura)=4 pulg

Uti!i2are%&s !a s&!$a$ura a tras!a'e & $e?!ete. "&n un ta%a& $e s&!$a$ura $e < “ ("&n un e!e"tr&$& E4,1

( = '

¿ " '=(Lt

Donde :( =¿ esuerzo cor4an4e en la soldadura

& K uerza aplicada 8solo para miem5ros car<adosconcén4ricamen4e, es4o re@uiere @ue la l?nea deacción de la uerza en las soldaduras pase por elcen4roide del >n<ulo de la soldadura;L8soldadura; K lon<i4ud de la soldadura(

/H




4 K<ar<an4a de la soldadura K 0(H0H PP K anc9o la4eral de la soldadura K / Q

'=(Lt '=( (4+4 )∗0.707(1 /8) p ulg

El esuerzo cor4an4e admisi5le, se<Bn la AFS 8AmericanFeldin< Socie4=;, es 0(2 veces la resis4encia a la 4ensióndel elec4rodo(

'=(0.3∗60ksi) (4+4 )∗0.707(1/8) pulg

'=12726 lbf =12.73 Klbf

Como la uerza @ue puede sopor4ar la soldadura esma=or @ue la uerza del elemen4o a soldar:

'> F EG

12.73 Klbf >2.58 Klbf

/or tanto este tipo de soldadura es la

adecuada para soldar el elemento1

CONCLUSIONES Y OSERFACIONES :

/




• SE DE$E C#EA# UNA MANE#A MÁS E'EC"I-A DEANALI*A# LOS &E#'ILES ADECUADOS &O# &ANDEO,EL NRME#O DE &E#NOS LAS CA#AC"E#.S"ICAS DELA SOLDADU#A( &O#UE AL ANALI*A#

MECÁNICAMEN"E CON UNA CALCULADO#A, LÁ&I* &A&EL, EL &#OCESO SE )ACE MU EN!O##OSO NOE'EC"I-O(

• SE -IO UE LO E'EC"I-O SE#.A C#EA# UN SO'"FA#EDE MANE#A UE 'UNCIONE DI#EC"AMEN"E!ENE#E LOS CÁLCULOS EN EL IN"E#IO# DEL&#O!#AMA NOS #ES&ONDA SI SO&O#"A LA CA#!A

EN 'UE#*A IN"E#NA(

/J

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