teoría de fallas
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VON MISES
coulomb
RANKINE
República Bolivariana de Venezuela
Ministerio para el poder popular de la
Educación superior instituto Universitario
Politécnico “SANTIAGO MARIÑO”
Ing. Jaime Zerpa Realizado por.
Michael Sánchez
C.I: 24.893.142
Cuidad Ojeda 06 de Marzo del 2016
Esquema
Introducción
Desarrollo
Definición de fallas
División de teorías de fallas
A) materiales dúctiles:
Teoría del esfuerzo cortante máximo.
Teoría de tresca (mss).
Teoría de la energía de distorsión.
Teoria de von misses (dee).
Teoria de frision interna.
Teoria COULOMB mohr ductile (ift)
B) Materiales fragiles
Teoria de maximo esfuerzo normal
Teria de RANKING(MNS)
Teoria COULOMB mohr fragil (bcm)
Importancia de detección de fallas en elemento de maquinas
Ejercicios resueltos
Conclusión
Bibliografía
Introducción
Todas las piezas de construcción, ya sean elementos de máquinas
o elementos de estructuras, se deforman bajo la acción de fuerzas
externas. A estas fuerzas externas se les oponen fuerzas que se originan
al interior de la estructura del material y son tales que oponen resistencia
a la deformación. Ellas son las denominadas fuerzas internas. En caso
normal las fuerzas externas e internas se encuentran en equilibrio. Para la
determinación de las fuerzas internas se emplea el método de las
secciones. Por ejemplo, la pieza cilíndrica de la figura Fig. 1.1a se divide
en dos partes mediante una sección imaginaria. Para recomponer el
equilibrio se debe colocar a cada una de las partes la fuerza Fi. Esta es
la fuerza interna o también denominada fuerza de sección.
Fig. 1.1
Desarrollo
Definici ó n de fallas .
Cuando se habla de una falla se hace referencia a los errores o
defectos que pueden surgir en una pieza tales como que la pieza se haya
quebrado (fractura), haya sufrido alguna deformación (fluencia) o ha
quedado de alguna forma inutilizable de acuerdo a su función.
La falla depende de la estructura microscópica del material y de la
forma de sus enlaces atómicos. Una falla no necesariamente produce
colapso o catástrofe.
El origen de una falla se puede encontrar en:
Deficiencias de diseño. Como presencia de un concentrador de
tensiones severo, insuficiente información acerca del tipo y magnitud
de carga de servicio y selección inapropiada de materiales.
Imperfecciones en materiales. Tales como segregación,
contenido excesivo de inclusiones, porosidades y cavidades de
contracciones.
Defectos o deficiencias de fabricación. Entre los cuales se encuentran
inducción inconveniente de esfuerzos residuales, generación de
concentradores de tensiones superficiales y descarburización.
Errores de montaje. Como des alineamiento, especificaciones de
montaje ambiguas o incompletas.
Condiciones inapropiadas de servicio. Una causa frecuente de fallas
en servicio es la operación de equipos bajo condiciones
anormalmente severas de velocidad, carga, temperatura, ambiente
químico o sin un adecuado mantenimiento.
División de Teorías de fallas
A) Materiales dúctiles
Materiales frágilesMateriales dúctiles
Teoría del esfuerzo cortante máximo.Teoría de tresca (mss).Teoría de la energía de distorsión.Teoria de von misses (dee).Teoria de frision interna.Teoria COULOMB mohr ductile (ift)
Teoria de maximo esfuerzo normalTeria de RANKING(MNS)Teoria COULOMB mohr fragil (bcm)
Se considera materiales dúctiles a aquellos que pueden
deformarse considerablemente antes de llegar a rotura. Para este tipo de
materiales existen dos teorías, la teoría de la máxima tensión cortante y la
teoría de la máxima energía de distorsión.
Teoría del esfuerzo constante máximo
Establece que la fluencia del material se produce por el esfuerzo cortante, surgió de
la observación de la estricción que se produce en una probeta cuando es sometida a
un ensayo de tensión. “La falla se producirá cuando el esfuerzo cortante máximo
absoluto en la pieza sea igual o mayor al esfuerzo cortante máximo absoluto de una
probeta sometida a un ensayo de tensión en el momento que se produce la fluencia “
Teoría de tresca (mss).
“Un material fallará por fluencia cuando el esfuerzo de corte
máximo alcance el valor que se genera en un ensayo de tracción al llegar
al límite de fluencia”
Esta teoría fue propuesta por Henri Tresca , bajo este criterio una
pieza resistente o elemento estructural falla cuando en alguno de sus
puntos sucede que:
Siendo:
, la tensión de límite elástico del material de la pieza.
, la tensión cortante máxima del punto
considerado.
, la mayor y la menor tensión principal en el punto
considerado.
Teoría de la energía de distorsión.(von mises)
LEMBERG. 1883 BOSTON,1953) matemático y filosofo contribuyo con
el desarrollo de la teoría de distorsión de la energía , es uno de los
conceptos mas importantes utilizados por ingenieros en los cálculos de
resistencia del material.
La falla se producirá cuando la energía de distorsión por unidad de
volumen debido a los esfuerzos máximos absolutitos en el punto critico
sea igual o mayor a la energía de distorsión por unidad de volumen de
una probeta en el ensayo de tensión al momento de producirse la
fluencia.
Se origino a partir de la observación de materiales dúctiles, sometidos
a esfuerzos hidrostáticos, tenían resistencia de fluencias muy superiores a
los valores obtenidos por el ensayo a tensión simple.
Es usada en el caso de rediseño de piezas, o cuando se investiga el
origen de la falla real de un elemento mecánico o cuando los márgenes
de seguridad son estrechos, es una teoría segura y precisa.
.
Teoria de frision interna.
Esta teoría se basa en una serie de hipótesis y observaciones
efectuadas por mohr a principios del siglo XX, mediante los únicos
métodos practico con que se contaba, es decir con el circulo de mohr e
ideas a fines al mismo. Aunque la idea es antigua, sigue siendo útil
conceptualmente.
La intención central de esta hipótesis involucra hallar una forma de
cálculo para la tensión de influencia representativa, conociendo los
resultados experimentales de los tres ensayos de fluencia, a tracción,
compresión y corte puro.
Teoria COULOMB mohr ductile (ift)
Es un modelo matemático que describe la respuesta de materiales
quebradizos, tales como hormigón, o agregados de partículas como el
suelo, a esfuerzo cortante, así como tensión normal. La mayoría de los
materiales en ingeniería clásica se comportan siguiendo esta teoría al
menos en una parte del corte. En general, la teoría se aplica a los
materiales para los que la resistencia a la compresión es muy superior a
la resistencia a la tracción, caso de los materiales cerámicos. La teoría
explica que el corte de un material se produce para una combinación
entre tensión normal y tensión tangencial, y que cuanto mayor sea la
tensión normal, mayor será la tensión tangencial necesaria para cortar el
material.
Materiales frágiles
Se dice que un material es frágil cuando es muy poca la deformación
que presentan antes de romperse. Para este tipo de materiales existen
dos teorías, la teoría del máximo esfuerzo normal y el criterio de falla de
Mohr.
Teoría de máximo esfuerzo normal También denominada teoría de rankine.
La falla se producirá cuando el esfuerzo normal máximo en la pieza
sea igual o mayor al esfuerzo normal máximo de una probeta sometida a
un ensayo de tensión en el momento que se produce la factura.
Para el desarrollo bidimensional, en el plano, la teoría del máximo
esfuerzo normal se representa gráficamente como:
Teoria COULOMB mohr fragil (bcm)
Se deriva de forma similar a la teoría de coumlob-mohr dúctil que al
tratarse de materiales frágiles, se tiene en cuenta las resistencias últimas
de material a la tensión y comprensión en lugar de los esfuerzos de
fluencia.
La ecuación de la línea de falla cuando >0> resulta ser: (18)
En plano esta teoría se representa gráficamente como:
Importancia de detección de fallas en elemento de maquinas
Es importante detección de fallas tempranas para ser corregidas y así
evitar posibles rupturas y accidentes que generarían mayor inversión en
horas hombres horas maquinas y capital, también es importante contar
con la redundancia en el desempeño de funciones.
También Como nos podemos dar cuenta la teoría de fallas es muy
importante porque conociendo esta teorías podemos saber cuanto es la
resistencia de un material para su trabajo y los diferentes tipos de cargas
que resistirá y debemos de saber q tipo de teoría para hacer nuestro
cálculos y así poco a poco mejorarlos de acuerdo a las exigencias de
trabajo para poderlos mantener en una seguridad correcta y ocupar el
menos material y a la misma vez reducir costos.
Ejercicio resuelto
1 Una placa de acero de 38 x 38 cm soporta esfuerzos normales
sobre sus orillas, σx actúa a tensión e σy a compresión cuando
actúan dichos esfuerzos la longitud de la placa en la dirección “y”
se reduce en 0.2 mm. Asuma que la resistencia a la fluencia es de
4500 kg/cm2 y el F.S.=2 y que utilizando la teoría del Esfuerzo
Cortante Máximo. Calcule el valor de σx e σy.?
Conclusión
Toda Falla deja unas pistas que permiten encontrar su origen. El
diseñador debe conocer muy bien las teorías de las fallas a fin de
interpretar adecuadamente estas pistas. Toda máquina tiene sus niveles
normales de ruido, vibración y temperatura. Cuando se observe algún
aumento anormal de estos niveles, se tienen los primeros indicios de que
hay alguna falla. Los operarios de las máquinas deben ser instruidos para
que avisen al detectar estos síntomas que presenta la máquina. Al
diseñar una máquina se debe tener un profundo conocimiento de la forma
en que funciona cada elemento componente y la forma en que puede
fallar. Esto conducirá a mejores diseños. Antes de reemplazar una pieza
que ha fallado se debe hacer un análisis minucioso con el fin de
determinar la causa exacta y aplicar los correctivos que haya a lugar.
Bibliografía
www.monografias.com/usuario/perfiles/ing_lic_yunior_andra_s_castillo_s/monografias
https://es.wikipedia.org/wiki/Teor%C3%ADas_de_fallo
https://es.wikipedia.org/wiki/Ductilidad
http://www.buenastareas.com/ensayos/Materiales-Fragiles/363494.html
.igm.mex.tl/images/5147/teoria%20de%20esfuerzo%20cortante%20máximo