Tarea 1 Esfuerzo y Deformación Simple PDF

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Esf Esfuerzo uerzo y De Deform form formac ac ación ión SSim im imple ple Concept eptos Conc ept os 1. Mecánica de Materiales La Mecánica de Materiales es una rama de la mecánica aplicada que trata del comportamiento de los cuerpos sólidos sometidos a varios tipos de carga. La Mecánica de materiales involucra métodos analíticos para determinar la resistencia, la rigidez (características de deformación), y la estabilidad de varios miembros en un sistema estructural.

2. Esfuerzo Esfuerzo es la resistencia que ofrece un área unitaria del material del que está hecho un miembro para una carga aplicada externa. 𝐸𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 =

𝐹 𝐴

Dependiendo de la forma cómo actúen las fuerzas externas, los esfuerzos y deformaciones producidos pueden ser axiales, biaxiales, triaxiales, por flexión, por torsión, o combinados.

3. Esfuerzo simple Esfuerzo es la resistencia interna que ofrece un área unitaria del material del que está hecho un miembro para una carga aplicada externamente, también es la fuerza por unidad de área, o la intensidad de las fuerzas distribuidas a través de una sección dada.

4. Tipos de esfuerzo Las cargas que tienen que soportar las estructuras producen en sus elementos fuerzas que tratan de deformarlos denominadas esfuerzos. Hay 5 tipos de esfuerzos: compresión, tracción, flexión, torsión y cortante. 

Compresión: cuando las fuerzas tienden a chafarlo o aplastarlo.

   

Tracción: cuando las fuerzas tienden a estirarlo o alargarlo. Torsión: cuando las fuerzas tienden a retorcerlo. Flexión: cuando las fuerzas tienden a doblarlo. Cortante: cuando las fuerzas tienden a cortarlo.

5. Fuerzas externas Las fuerzas externas representan la acción que ejercen otros cuerpos sobre el cuerpo rígido en consideración. Ellas son las responsables del comportamiento externo del cuerpo rígido. Las fuerzas externas causan que el cuerpo se mueva o aseguran que éste permanezca en reposo.

6. Fuerzas internas Las fuerzas internas son aquellas que mantienen unidas las partículas que conforman al cuerpo rígido. Si éste está constituido en su estructura por varias partes, las fuerzas que mantienen unidas a dichas partes también se definen como fuerzas internas.

7. Deformación Deformación Mecánica es el cambio en la forma de un material que resulta de la aplicación de fuerza, y es medida por el cambio en su longitud. Puede resultar de una variedad de influencias internas o externas, incluyendo presión, temperatura o cambio estructural.

8. Deformación simple Se puede definir como la relación existente entre la deformación total y la longitud inicial del elemento, la cual permitirá determinar la deformación del elemento sometido a esfuerzos de tensión o compresión axial. Entonces, la fórmula de la deformación unitaria es: 𝜀 =

𝛿 𝐿

9. Desplazamiento Las funciones de desplazamiento definen el movimiento longitudinal, transversal y giro en una sección cualquiera de la barra ya que representan la resultante o acumulación de deformaciones efectivas y de movimientos de sólido rígido hasta la sección considerada.

10. 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 rotura. El diagrama esfuerzo – deformación es una excelente representación del comportamiento de un material cuando está es sometido a una fuerza deformadora. es una representación gráfica, que resulta de representar los esfuerzos que sufre un material en función de la deformación que experimenta al mismo tiempo. Este diagrama comprende varios puntos clave con sus respectivos valores que servirán para tomar decisiones de ingeniería.

11. Módulo de elasticidad El módulo de elasticidad (E), también llamado módulo de Young es un parámetro característico de cada material que indica la relación existente (en la zona de comportamiento elástico de dicho material) entre los incrementos de tensión aplicados en el ensayo de tracción y los incrementos de deformación longitudinal unitaria producidos. 𝑑𝜎 𝐸= 𝑑𝜀 Equivale a la tangente en cada punto de la zona elástica en la gráfica tensión-deformación (s-e) obtenida del ensayo de tracción.

12. Esfuerzo de diseño El esfuerzo de diseño es aquel nivel de esfuerzo que puede desarrollarse en un material, al tiempo que se asegura que el miembro que soporta la carga sea seguro. Para calcular el esfuerzo de diseño, deben especificarse dos factores: el factor de diseño N y la propiedad del material en la que se basará el diseño. El factor de diseño N es el número entre el que se divide la resistencia registrada del material para obtener el esfuerzo del diseño 𝜎𝑑. Pueden utilizarse las siguientes ecuaciones para calcular el esfuerzo de diseño para un cierto valor de N: 𝜎𝐷 = 𝜎𝐷 =

𝑆𝑦 𝐹.𝑆. 𝑆𝑢 𝐹.𝑆.

Material Dúctil Material Frágil

Criterios para esfuerzo de diseño; esfuerzos normales directos Forma de carga Material dúctil Material quebradizo Estática Repetida De impacto o de choque

σd=sy/2 σd=su/8

σd=su/6 σd=su/10

σd=su/12

σd=su/15

13. Factor de seguridad El coeficiente de seguridad, también conocido como factor de seguridad, es el cociente resultante entre el valor calculado de la capacidad máxima de un sistema y el valor del requerimiento esperado real al que se verá sometido. Por este motivo, se trata de un número mayor que uno, que indica la capacidad de exceso que tiene el sistema sobre sus requerimientos. 𝐹. 𝑆. =

𝑆𝑦 𝜎𝐷

14. Material dúctil Los materiales dúctiles son aquellos capaces de deformarse plástica y sosteniblemente, sin romperse o violentar su estructura, de cara a la acción sostenida de una fuerza. De hecho, una característica de ellos es que a través de una tensión longitudinal sostenida se obtienen fibras o hilos de menor tamaño pero igual naturaleza.

15. Material frágil La fragilidad es la capacidad de ciertos materiales de fracturarse o romperse en trozos más pequeños, sufriendo poca o nula deformación. Es lo contrario a la tenacidad y es una propiedad de las sustancias cuya respuesta ante el esfuerzo o la tensión conduzca a la aparición de grietas en su interior. Los materiales frágiles, así, poseen poca o limitada elasticidad: son incapaces de recuperar su forma original una vez sometidos a una fuerza que supere su resistencia.

16. Resistencia mecánica La resistencia mecánica es la capacidad que un cuerpo posee, para que ante la acción de una carga o fuerza que se aplica sobre él, lo consiga soportar sin que se rompa. En ese orden de ideas, la resistencia mecánica está asociada con el tipo de material y sus características geométricas. Por lo general se usa el coeficiente de seguridad para hacer una valoración de cuál es la resistencia mecánica que un cuerpo tiene....