ESFUERZO Y

DEFORMACIÒN

REALIZADO POR: Ricoveri Kamila.

ASIGNATURA:Elementos de

Maquinas.

INTRODUCCIONEl esfuerzo se basa en el área de sección original, sin tener en cuenta los cambios en el área debidos a la carga aplicada. Esto a veces se denomina esfuerzo convencional o de ingeniería. El esfuerzo verdadero es igual a la carga dividida por el área de sección instantánea en la que actúa.

Cualquier fuerza externa que se aplique sobre un material causa su deformación. Para el caso de una fuerza en tensión, el material se alarga en el sentido de aplicación de la fuerza, y se acorta en la dirección transversal a la fuerza aplicada.

Para estudiar el comportamiento mecánico de los materiales, se recurre a la experimentación sometiendo a los mismos a esfuerzos progresivos y registrando la deformación resultante.

La proporcionalidad entre el esfuerzo y la deformación en el tramo de la ley de Hooke permite definir el módulo de Young o módulo de elasticidad.

ESFUERZOSe define aquí como la intensidad de las fuerzas componentes internas distribuidas que resisten un cambio en la forma de un cuerpo.

Es la intensidad de las fuerzas internas que actúan sobre un plano dado y es la respuesta que ofrece el material a las cargas aplicadas.

El esfuerzo se define en términos de fuerza por unidad de área.

Existen tres clases básicas de esfuerzos: tensivo, compresivo y corte.

El esfuerzo se computa sobre la base de las dimensiones del corte transversal de una pieza antes de la aplicación de la carga, que usualmente se llaman dimensiones originales.

P

σ =------

A

Donde: P =Fuerza axial;

A=Area de la sección transversal.

Características del Esfuerzo

El esfuerzo utiliza unidades de fuerza sobre unidades de

área, en el sistema internacional (SI) la fuerza es en Newton

(N) y el área en metros cuadrados (m2), el esfuerzo se

expresa por N/m2 o pascal (Pa). Esta unidad es pequeña por

lo que se emplean múltiplos como el es el kilopascal (kPa),

megapascal (MPa) o gigapascal (GPa). En el sistema

americano, la fuerza es en libras y el área en pulgadas

cuadradas, así el esfuerzo queda en libras sobre pulgadas

cuadradas (psi). Particularmente en Venezuela la unidad

más empleada es el kgf/cm2 para denotar los valores

relacionados con el esfuerzo.

El esfuerzo normal (esfuerzo axil o axial) es el esfuerzo interno o resultante de las tensiones perpendiculares (normales) a la sección transversal de un prisma mecánico. Este tipo de solicitación formado por tensiones paralelas está directamente asociado a la tensión normal.

Carga Axial. Es aquella que actúa a través del eje del cuerpo y puede actuar a: - Tensión. - Compresión. Esta carga produce un esfuerzo normal ( σ ) y una deformación (δ).

TIPOS DE ESFUERZO.

Las cargas que tienen que soportar las estructuras producen en sus elementos fuerzas que tratan de deformarlos denominadas esfuerzos.

     Compresión. Se produce cuando aplicamos dos fuerzas de igual magnitud, misma dirección y sentidos opuestos sobre un cuerpo, de forma tal que éste tiende a acortarse, a disminuir su longitud.

2.      Tracción. Se produce cuando aplicamos dos fuerzas de igual magnitud, misma dirección y sentidos opuestos sobre un cuerpo, de forma tal que éste tiende a alargarse, a aumentar su longitud.

3.      Flexión. Se produce cuando aplicamos una fuerza vertical sobre un cuerpo resistente horizontal de forma tal que el cuerpo tiende a doblarse, a curvarse. La flexión es una mezcla de tracción y compresión, las fibras superiores se acortan (compresión) y las inferiores se alargan (tracción). Si unas fibras se acortan y otras se alargan, alguna, por fuerza, ha de mantener sus dimensiones originales. La fibra cuya longitud no varía se denomina fibra neutra.

4.      Cortadura. Se produce cuando aplicamos dos fuerzas perpendiculares al cuerpo de forma que las partículas de éste tienden a deslizarse y el objeto se corta.

5.      Pandeo. Se produce cuando aplicamos una fuerza sobre un objeto esbelto, delgado (muy largo en relación con su sección) y el cuerpo se arquea y flexiona.

6.      Torsión. Se produce cuando las fuerzas aplicadas tienden a hacer girar el objeto o a retorcerlo.

DEFORMACIONEs todo cambio en sus dimensiones que sufre un cuerpo bajo efectos externos.

La deformación se define como el cambio de forma de un cuerpo, el cual se debe al esfuerzo, al cambio térmico, al cambio de humedad o a otras causas. En conjunción con el esfuerzo directo, la deformación se supone como un cambio lineal y se mide en unidades de longitud. En los ensayos de torsión se acostumbra medir la deformación cómo un ángulo de torsión entre dos secciones especificadas.

Matemáticamente la deformación sería:

ε = δ

L

Características de la deformación

Tanto para la deformación unitaria como para el tensor deformación se puede descomponer el valor de la deformación en:

Deformación plástica, irreversible o permanente. 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, reversible o no

permanente, el cuerpo recupera su forma

original al retirar la fuerza que le provoca la

deformación. En este tipo de deformación, el

sólido, al variar su estado tensional y aumentar

su energía interna en forma de energía potencial

elástica, solo pasa por cambios termodinámicos

reversibles.

La magnitud más simple para medir la deformación es lo que en ingeniería se llama deformación axial o deformación unitaria se define como el cambio de longitud por unidad de longitud.

Donde  es la longitud inicial de la zona en estudio y  la longitud final o deformada. Es útil para expresar los cambios de longitud de un cable o un prisma mecánico. En la Mecánica de sólidos deformables la deformación puede tener lugar según diversos modos y en diversas direcciones, y puede además provocar distorsiones en la forma del cuerpo, o, en esas condiciones la deformación de un cuerpo se puede caracterizar por un tensor.

La deformación es un proceso termodinámico en el que la

energía interna del cuerpo acumula energía potencial

elástica. A partir de unos ciertos valores de la

deformación se pueden producir transformaciones del

material y parte de la energía se disipa en forma de

plastificado, endurecimiento, fractura o fatiga del

material.

Origen Del estudio del esfuerzo y Deformación

Fue Robert Hooke (1635-1703), físico-matemático, químico y astrónomo inglés, quien primero demostró el comportamiento

sencillo relativo a la elasticidad de un cuerpo. Hooke estudió los efectos producidos por las fuerzas de tensión, observó que

había un aumento de la longitud del cuerpo que era proporcional a la fuerza aplicada.

 

Hooke estableció la ley fundamental que relaciona la fuerza aplicada y la deformación producida. Para una deformación unidimensional, la Ley de Hooke se puede expresar matemáticamente así:

 F = - kX

• K es la constante de proporcionalidad o de elasticidad.•  es la deformación, esto es, lo que se ha comprimido o

estirado a partir del estado que no tiene deformación. Se conoce también como el alargamiento de su posición de equilibrio.

•  es la fuerza resistente del sólido.• El signo ( - ) en la ecuación se debe a la fuerza

restauradora que tiene sentido contrario al desplazamiento. La fuerza se opone o se resiste a la deformación.

• Las unidades son: Newton/metro (New/m) – Libras/pies (Lb/p).

La ley de fuerza para el resorte es la Ley de Hooke.Conforme el resorte está estirado (o comprimido) cada vez más, la fuerza de restauración del resorte se hace más grande y es necesario aplicar una fuerza mayor. Se encuentra que la fuerza aplicada F es directamente proporcional al desplazamiento o al cambio de longitud del resorte.

Esta ley comprende numerosas disciplinas, siendo utilizada en ingeniería y construcción, así como en la ciencia de los materiales. Ante el temor de que alguien se apoderara de su descubrimiento.

IMPORTANCIA DE ESTUDIOCada material tiene unas propiedades mecánicas definidas (elasticidad, plasticidad, maleabilidad, dureza, etc.), entre ellas la que nos atañe en un primer momento, es la Resistencia Mecánica. El análisis de la Resistencia de Materiales se ocupa del estudio de los efectos causados por la acción de las cargas externas que actúan sobre un sistema deformable. Propiedades mecánicas de los materiales: cuando una fuerza actúa sobre un cuerpo, se presentan fuerzas resistentes en las fibras del cuerpo llamadas fuerzas internas. Fuerza interna es la resistencia interior de un cuerpo a una fuerza externa.

La elaboración del estudio de un diagrama de esfuerzo-deformación unitaria varia de un material a otro, (incluso se haría necesario incluir otras variables como la temperatura y la velocidad de aplicación de la carga), sin embargo es posible distinguir algunas características comunes entre los diagramas esfuerzo-deformación de distintos grupos de materiales.

CONCLUSIONEl comportamiento general de los materiales bajo carga se puede clasificar como dúctil o frágil según que el material muestre o no capacidad para sufrir deformación plástica. Los materiales dúctiles exhiben una curva Esfuerzo - Deformación que llega a su máximo en el punto de resistencia a la tensión. En materiales más frágiles, la carga máxima o resistencia a la tensión ocurre en el punto de falla. En materiales extremadamente frágiles, como los cerámicos, el esfuerzo de fluencia, la resistencia a la tensión y el esfuerzo de ruptura son iguales.

La deformación elástica obedece a la Ley de Hooke La constante de proporcionalidad E llamada módulo de elasticidad o de Young, representa la pendiente del segmento lineal de la gráfica Esfuerzo - Deformación, y puede ser interpretado como la rigidez, o sea, la resistencia del material a la deformación elástica. En la deformación plástica la Ley de Hooke deja de tener validez.