Resistencia de los elementos mecnicos.

Resistencia de los elementos mecnicos.Repblica Bolivariana de Venezuelauniversidad Nacional Experimental Politcnica Antonio Jos de SucreVice - Rectorado Luis Caballero MejasDiseo de Maquinas. Seccin: 02Profesora: Ing. Dubraska Rodrguez MSc.Freddy PazExp: 2009-203236Caracas, Septiembre 2015.Propiedades mecnicas.Propiedades mecnicas.Los materiales tienen diferentes propiedades mecnicas, las cuales estn relacionadas con las fuerzas exteriores que se ejercen sobre ellos. Las propiedades mecnicas de los materiales son.Elasticidad.Plasticidad.Maleabilidad.Ductilidad.Dureza.Tenacidad.Fragilidad.

Teoras de fallas.Criterios usados para determinar los esfuerzos estticos permisibles en estructuras o componentes de mquinas. Se utilizan diversas formulaciones, dependiendo del tipo de material que se utiliza. Precisamente, una mquina trabaja en ciclos reversibles debe ser diseada de tal manera que sus tensiones no salgan del dominio elstico. Los criterios de fallo elstico establecen diferentes aproximaciones para diferentes materiales que permiten realizar el diseo de manera correcta. La ocurrencia de fallo elstico no implica en muchos casos la rotura de la pieza, ese otro caso requiere el estudio mediante mecnica de la fractura.

Teora de la tensin tangencial mxima (Tresca).Esta teora fue propuesta por Henri Tresca, bajo este criterio una pieza resistente o elemento estructural falla cuando en alguno de sus puntos sucede. que:

Teora de la mxima energa de distorsin (Von Mises)La expresin propuesta por Von Mises y Hencky, de acuerdo con este criterio una pieza resistente o elemento estructural falla cuando en alguno de sus puntos la energa de distorsin por unidad de volumen rebasa un cierto umbral:

En trminos de tensiones este criterio puede escribirse sencillamente en trminos de la llamada tensin de von Mises como:

Donde: son las tensiones principales en el punto considerado.

Teora del esfuerzo normal mximo.Propuesta por Rankine, bajo este criterio un material frgil fallar si en alguno de sus puntos sucede que:

Tambin conocida como Teora de Tresca. Establece que la fluencia del material se produce por el esfuerzo cortante, surgi de la observacin de la estriccin que se produce en una probeta cuando es sometida a un ensayo de tensin. La teora dice:La falla se producir cuando el esfuerzo cortante mximo absoluto en la pieza sea igual o mayor al esfuerzo cortante mximo absoluto de una probeta sometida a un ensayo de tensin en el momento que se produce la fluencia.

Teora de la energa de distorsin.Propuesta por R. Von Misses al observar que los materiales bajo esfuerzos hidrostticos soportan esfuerzos mucho mayores que sus esfuerzos de fluencia bajo otros estados de carga. La teora establece:La falla se producir cuando la energa de distorsin por unidad de volumen debida a los esfuerzos mximos absolutos en el punto crtico sea igual o mayor a la energa de distorsin por unidad de volumen de una probeta en el ensayo de tensin en el momento de producirse la fluencia La teora de Von Misses dice que la distorsin del elemento es debida a los esfuerzos principales restndoles los esfuerzos hidrosttico.

La energa de distorsin es la diferencia entre la energa total de deformacin por unidad de volumen y la energa de deformacin por unidad de volumen debida a los esfuerzos hidrostticos

Fatiga.La fatiga de materiales se refiere a un fenmeno por el cual la rotura de los materiales bajo cargas dinmicas cclicas se produce ms fcilmente que con cargas estticas. No obstante es un fenmeno que, sin definicin formal, era reconocido desde la antigedad, este comportamiento no fue de inters real hasta la Revolucin Industrial, cuando, a mediados del siglo XIX se comenzaron a producir las fuerzas necesarias para provocar la rotura de los materiales con cargas dinmicas muy inferiores a las necesarias en el caso esttico; y a desarrollar mtodos de clculo para el diseo de piezas confiables.

Denominado ciclo de carga repetida, los mximos y mnimos son asimtricos con respecto al nivel cero de carga.Aleatorio: el nivel de tensin puede variar al azar en amplitud y frecuencia.

La amplitud de la tensin vara alrededor de un valor medio, el promedio de las tensiones mxima y mnima en cada ciclo:

El intervalo de tensiones es la diferencia entre tensin mxima y mnima

La amplitud de tensin es la mitad del intervalo de tensiones

El cociente de tensiones R es el cociente entre las amplitudes mnima y mxima

Por convencin, los esfuerzos a traccin son positivos y los de compresin son negativos. Para el caso de un ciclo con inversin completa de carga, el valor de R es igual a -1.

Lmite de la resistencia a la fatiga.La relacin cambia segn el tipo de material Para metales, guarda una relacin directa con la Resistencia a la traccin (ut) Se =.504 ut para ut< 1400 Mpa Se =700 para ut< 1400 Mpa en Aceros.Curva duracin de vida.Estas curvas se obtienen a travs de una serie de ensayos donde una probeta del material se somete a tensiones cclicas con una amplitud mxima relativamente grande. Se cuentan los ciclos hasta rotura. Este procedimiento se repite en otras probetas a amplitudes mximas decrecientes.Los resultados se representan en un diagrama de tensin, S, frente al logaritmo del nmero N de ciclos hasta la rotura para cada una de las probetas. Los valores de S se toman normalmente como amplitudes de la tensin.Se pueden obtener dos tipos de curvas S-N. A mayor tensin, menor nmero de ciclos hasta rotura. En algunas aleaciones frreas y en aleaciones de titanio, la curva S-N se hace horizontal para valores grandes de N, es decir, existe una tensin lmite, denominada lmite de fatiga, por debajo del cual la rotura por fatiga no ocurrir, no tienen un lmite de fatiga, dado que la curva S-N contina decreciendo al aumentar N.Factores que modifican el lmite de la resistencia a la fatiga.Se ha visto que la muestra para el ensayo en mquina rotativa en el laboratorio para determinar los lmites de resistencia a la fatiga se prepara con mucho cuidado y se ensaya bajo condiciones muy controladas. No es posible esperar que el lmite de resistencia a la fatiga de un elemento mecnico o estructural iguale los valores que se obtuvieron en el laboratorio.Algunas diferencias incluyenMaterial.Manufactura.Entorno.Diseo.Factor de superficie ka.La superficie de una muestra de viga rotativa est muy pulida y adems se le da un pulido final en la direccin axial para eliminar cualquier ralladura circunferencial. El factor de modificacin depende de la calidad del acabado de la superficie de la parte y de la resistencia a la tensin. A fin de determinar expresiones cuantitativas para acabados comunes de parte de mquinas (esmerilada, maquinada o estirada en fro, laminada en caliente y forjada), las coordenadas de los puntos de datos se recopilaron nuevamente de una grfica del lmite de resistencia a la fatiga contra la resistencia ltima a la tensin, a partir de datos recolectados por Lipson y Noll y reproducidos por Horger.Factor de tamao.Se ha demostrado que en la mayora de los casos existe un efecto de tamao; la resistencia a la fatiga de miembros grandes es ms baja que en lo pequeos. Al aumentar el tamao de una pieza aumenta su volumen y por ende su superficie lo cual aumenta la posibilidad de formacin de grietas, adems, a medida que aumenta el tamao, disminuye el gradiente de esfuerzos y aumenta el volumen de material sometido a esfuerzos altos.Factor de confiabilidad ke.La mayora de los datos de resistencia a la fatiga se reportan como valores medios. Los datos que presentaron Haugen y Wirching muestran desviaciones estndar de la resistencia a la fatiga de menos de 8%. Por lo tanto, el factor de modificacin de la confiabilidad aplicable para esto puede escribirse comoke = 1 0.08 za

Factor de temperatura.Cuando las temperaturas de operacin son menores que la temperatura del lugar de trabajo, existe la posibilidad de que ocurra fractura por fragilidad. Cuando las temperaturas de operacin son mayores que la temperatura del sitio de trabajo, la resistencia a la fluencia disminuye muy rpido.Valores de factor de temperatura.

Si lo que se requiere es el lmite a la fatiga de una viga rotatoria a la temperatura del lugar de trabajo, esta se calcula de la siguiente manera:

Factor de esfuerzos varios.La resistencia a la fatiga se ve influenciada por efectos que se presentan por diversas causas, por ejemplo: Los esfuerzos residuales, caractersticas direccionales del material, efectos internos del material, corrosin, recubrimiento electroltico, metalizado por aspersin. Este factor vara generalmente entre 0,24 y 0,9 de no haber informacin, el factor debe ser igual a la unidad.Factor de modificacin por concentracin de esfuerzo.

Al utilizar Kf o Kfs, no importa, algebraicamente, si se emplea como factor para incrementar el esfuerzo o para reducir la resistencia a la fatiga. Esto solo significa que puede colocarse en uno o en otro miembro de la ecuacin. Sin embargo, podrn evitarse muchas dificultades si se consideran como factores de reduccin de resistencia a la fatigaSe ha encontrado que los valores de Kf y Kfs varan con:La severidad de la entalla.El tipo de entalla.El material. El tipo de carga.El nivel del esfuerzo.

Resistencia a la fatiga en torsin.En los ensayos de laboratorio, para obtener informacin acerca de la resistencia a la fatiga de los materiales, se tornean varias probetas idnticas, las cuales se ensayan en diferentes intervalos de esfuerzos, hasta que se inicie una grieta. Por lo general la aparicin de una grieta se mide visualmente, pero se puede determinar mediante un cambio en el desplazamiento de la probeta. Con los resultados de estos ensayos, se puede determinar la resistencia a la fatiga.El dispositivo para ensayos de fatiga ms ampliamente utilizado es la mquina de viga giratoria de alta velocidad de R.R. Moore. Esta mquina somete a la probeta a flexin pura por medio de pesos. La probeta que se usa se tornea y se pule muy cuidadosamente, recibiendo un pulimento final en la direccin axial, para evitar ralladuras circunferenciales.