REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA.INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITECNICO SANTIAGO

MARIÑO.EXTENSION PORLAMAR.

ESFUERZO Y DEFORMACION.

REALIZADO POR:ANAKARINA MEDINA C.I

22.994.488Ing. Industrial.

Prof.: Julián Carneiro.

Esfuerzo.

En física e ingeniería, se denomina tensión mecánica al valor de la

distribución de fuerza por unidad de área en el entorno de un punto material

dentro de un cuerpo material o medio continuo.

Origen de los Esfuerzos.En el análisis de las fuerzas se debe tomar en cuenta

que al inicio, en el origen del planeta, este pudo haber empezado siendo una masa de materia heterogénea y no diferenciada, la cual ha estado evolucionando y transformándose, siendo evidente que actualmente la Tierra posee una dinámica muy activa tanto en las capas internas como externas. Lo que trae como consecuencia la deformación constante de los materiales de la corteza terrestre, provocada por los mecanismos de movimiento de las placas tectónicas, asociado a las corrientes de convección del magma en el manto superior que provocan la expansión del piso oceánico con la consecuente subducción y choque entre placas, en otros sitios; esta dinámica provoca el vulcanismo, la sismicidad, el levantamiento de cordilleras, el movimiento de los continentes, los ajustes corticales por Isostasia. etc.

Clasificación de los Esfuerzos.

FUERZA: Son esfuerzos que se pueden clasificar debido a las fuerzas. Generan desplazamiento. Dependiendo si están contenidos (o son normales) en el plano que contiene al eje longitudinal tenemos:

Contiene al eje longitudinal:

Tracción. Es un esfuerzo en el sentido del eje. Tiende a alargar las fibras.

Compresión. Es una tracción negativa. Las fibras se acortan.

Normal al plano que contiene el eje longitudinal:

Cortadura. Tiende a cortar las piezas mediante desplazamiento de las secciones afectadas.

Momento: Son esfuerzos que se pueden clasificar debido a los momentos. Generan giros. Dependiendo si están contenidos (o son normales) en el plano que contiene al eje longitudinal tenemos:

Contiene al eje longitudinal: Flexión. El cuerpo se flexa, alargándose

unas fibras y acortándose otras.Normal al plano que contiene el eje longitudinal:

Torsión. Las cargas tienden a retorcer las piezas.

Esfuerzos compuestos. Es cuando una pieza se encuentra sometida simultáneamente a varios esfuerzos simples, superponiéndose sus acciones.

Esfuerzos variables. Son los esfuerzos que varían de valor e incluso de signo. Cuando la diferencia entre el valor máximo y el valor mínimo es 0, el esfuerzo se denomina alternado. Pueden ocasionar rotura por fatiga.

OTROS:

Ejercicio.Un poste corto construido con un tubo circular hueco de aluminio, soporta una carga de compresión de 54 kips (Fig. 1). Los diámetros interior y exterior del tubo son d1=36 in y d2= 3.6 in, respectivamente y su longitud es de 40 in. Hay que determinar el esfuerzo de compresión.

Solución: Suponiendo que la carga de compresión actúa en el centro del tubo hueco, podemos usar la ecuación σ= P ⁄ A para calcular el esfuerzo normal. La fuerza P es igual a 54 k (o 54 000 lb) y el área A de la sección transversal es:

A= (π /4) · (d2²-d1²) = (π / 4) · [(5.0 in) ² - (3.6 in) ²] = 9.456 in²Por lo tanto, el esfuerzo de compresión en el poste es:

σ = P / A = 54 000 lb / 9.456 in² =5710 psi.

Si la fuerza tuviera sentido opuesto al mostrado en la figura 3, el esfuerzo seria de tensión ó tracción, ya que tiende a alargar el poste, este tendría la misma magnitud, ya que la fuerza P es la misma, pero en otra dirección y el área transversal A si es exactamente la calculada anteriormente.

Deformación.

La 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.

Deformación Plástica.

Es el 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 la deformación plástica es lo contrario a la deformación reversible.

Deformación Elástica.

Es aquella en la que el cuerpo recupera su forma

original al retirar la fuerza que le provoca la

deformación.

En este tipo de deformación el sólido varía su

estado tensional y aumenta su energía interna en

forma de energía potencial elástica.

Ley de Hooke.

Cuando una fuerza externa actúa sobre un material

causa un esfuerzo o tensión en el interior del material

que provoca la deformación del mismo. En muchos

materiales, entre ellos los metales y los minerales, la

deformación es directamente proporcional al esfuerzo.

No obstante, si la fuerza externa supera un determinado

valor, el material puede quedar deformado

permanentemente, y la ley de Hooke ya no es válida. El

máximo esfuerzo que un material puede soportar antes

de quedar permanentemente deformado se denomina

límite de elasticidad.

Puntos importantes del Diagrama de Esfuerzo-

Deformación Son:1. Límite de proporcionalidad: hasta este punto la relación entre el

esfuerzo y la deformación es lineal.

2. Limite de elasticidad: más allá de este límite el material no recupera

su forma original al ser descargado. 

3. Quedando con una deformación permanente. 

4. Quedando con una deformación permanente. 

5. Correspondiente aumento de carga. Este fenómeno no se observa en

los materiales frágiles; 

6. Esfuerzo último: máxima ordenada del diagrama esfuerzo-

deformación.

7. Punto de ruptura: cuanto el material falla. 

Elasticidad.

Es la propiedad de un material que le permite

regresar a su tamaño y formas originales, al suprimir

a la carga que estaba sometida. Esta propiedad varia

mucho en los diferentes materiales que existen.

Plasticidad.

Esto es lo contrario de la elasticidad. Un material

completamente plástico es aquel que no asegura

sus dimensiones originales al suprimir la carga que

ocasionó la deformación.

Ejercicio.Una barra de acero de 50mm de diámetro y 2m de longitud, se

envuelve con un cascaron de hierro fundido d 5mm de espesor.

Calcula fuerza P, que es preciso aplicar para producir un

acotamiento de 1mm de longitud de 2m de la barra.

∑ (Fuerzas y)

Pac + Ph= P

Sabiendo que la deformación viene dada por:

X = P.L/A.E → Ph = X.Ah.Eh / LT = 5mm 

Di=50mm ; DC= 50mm+2.t ; De = 60mm

Ah= TT/4 (DE2-Di2)

Ah=863,938mm2 ; longitud 2m → L = 2000mm

Ph = 36285KN Fuerza necesaria para acortar la barra de acero y

cascaron de hierro de 1 mm es: P = 239507KN

Fundamentos de la Estática.

Fatiga:

• Efecto Generado en el material debido a la aplicación de

cargas dinámicas cíclicas.

• Los Esfuerzos son variables, alternantes o fluctuantes.

Características de Fatiga.

o El materia es sometidos a esfuerzos repetidos,

probeta de viga giratoria.

o Ciclos: cantidad de giros que se realiza a la probeta

con aplicación de carga.

o Medio Ciclo: N= 1/2 implica aplicar la carga,

suprimir la carga y girar la probeta 180°

o Un Ciclo: N=1 implica aplicar y suprimir la carga

alternativamente en ambos sentido.

Ensayo de Fatigao Se aplica a una probeta una carga media

especificada y una carga alternativa, y se registra el

numero de ciclos requeridos para producir un fallo.

o Por lo general, el ensayo se repite con idénticas

probetas y varias cargas fluctuantes.

o La carga se disminuye gradualmente a medida que

aumenta los ciclos.

Diagrama S-N

o S: Amplitud del esfuerzo cíclico desarrollado.

o N: logaritmo del numero de ciclos hasta la rotula.

o Al aumentar N, la cuerva tiende hacer horizontal, a

esta altura se encuentra el limite de Resistencia a la

Fatiga en aceros y algunas aleaciones de titanio. Por

debajo de este valor no ocurrirá falla por fatiga.

TorsiónEs 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.

Esfuerzos cortantes en Barras circulares debido a

torsión.Para realizar la deducción de una expresión que nos permita

hallar la distribución de esfuerzos cortantes en una sección

transversal debido a un momento torsor aplicado en ella, a

sumiremos lo siguiente:

o Las secciones circulares permanecen como tales.

o Las secciones transversales se mantienen planas, sin

alabearse.

o Las líneas radiales permanecen rectas aun después de la

deformación.

o El eje esta sometido a la acción de pares torsores. o Las deformaciones producidas ocurren en el rango

elástico del material.