2.-El bastidor de una bicicleta está hecho de tubos circulares soldados con un diámetro exterior de 30mm y un espesor de pared de 2,5mm. Un ciclista que va colina arriba durante una carrera jala verticalmente hacia arriba del manubrio derecho para compensar por el gran empuje hacia abajo sobre el pedal derecho. Al hacer eso aplica un par de torsión de 500N-m al bastidor de la bicicleta. Ignorando el cortante directo, ¿Cuál es la longitud de una parte del espesor de pared del tubo de 2,5mm que se tiene que cubrir por la soldadura, si el esfuerzo a la fluencia por cortante es de 180 MPa en el material de soldadura, y se aplican 250 N-m a cada soldadura?

SOLUCION:Dato:d exterior =30mm ; Sy = 180MPa

Ju = ( 0.03^3/4)

J = 2.12*

Para un factor de seguridad =1

= por tanto operando es =6.95mm

Problema 3Un electrodo AWS numero E100XX sirve para soldar la mensula a la placa, la mensula tiene un espesor de 1 pulgada como se muestra, encuentre la carga

máxima F considerando, que puede soportar un factor de seguridad de 3, 5 contra la fluencia. ¿Cual es el esfuerzo máximo en la soldadura y donde ocurre?

Solución:La suma de las áreas soldadas es:he1= ¼ pulgada, he2 = 3/8 pulgada

∑ Ai = te1 L1 + te2 L2 = 0,707he1x 6 + 0,707he2x6 = 2,65125pulg³El par de torsión que se aplica es:

T = Pr = F ( 8 ) = 8F lb- pulg Datos :

Electrodo: AWS E100XX, Sy = 87 KPSIEspesor de la mensula : 1 pulgadaFactor de seguridad contra la fluencia: 3,5

Para la soldadura de ¼ de pulgada de cordón de soldadura:

Iy = L1³/12 + L1( X – L1/2 )² = 6³/12 + 6(8-3)² = 168pulg³Ix = 0 El momento polar de area unitaria para la soldadura 1 es:

( Ju ) 1 = Iy + Ix = 168 pulg³ para la soldadura de 3/8 pulgadas de cordon espesor de soldadura:

Ix = 0 Iy = L2³/12 + L2( X – L2/2 )² = 6³/12 + 6(8-3)² = 168pulg³El momento polar de area unitaria para la soldadura 2 es :

( Ju ) 2 = Iy + Ix = 168 pulg³de esta manera , el momento polar de area unitaria para la soldadura 1 y 2 es :

Ju = ( Ju ) 1 + ( Ju ) 2 = 336 pulg³Eset el mismo resultado que el que se obtuviera usando la formula de las tablas

El momento polar de inercia del area es :

J = te Ju = 0,707 he Ju = 237,552he = 89.082pulg^4

J se expresa en pulgadas a la cuarta potencia

Esfuerzo cortante por carga transversal , en los puntos A y B :

Tdax = Tdbx = F/A = F/2,65125 = 0,37718 F lb/ pulg²

Esfuerzo cortante por torsión:

Los componentes del esfuerzo cortante de torsión en el punto A son:

Ttax = 0 Ttay = T(8)/J = 0,71843F lb/ pulg²

Tax = Tdax = 0,37718 F Lb/pulg²

Tay = Ttay = 0,71843 F lb/pulg²

Ta = (Tax² + Tay² )^ ½ = 0,81142 F lb/pulg²

Los componentes del esfuerzo cortante de torsión en el punto B es :

Ttbx = 0Ttby = T(2)/J = 0,1796075 F lb/pulg²

Tbx = Tdbx = 0,37718 F lb/ pulg²Tby = Ttby = 0,1796 F lb/ pulg²

Tb = (Tbx² + Tby² )^ ½ = 0,41775 F Lb/pulg²

Como el Ta > Tb ESTE SE SELECCIONA PARA EL DISEÑOLa resistencia a la fluencia para el electrodo E100XX es de Sy= 87ksiLa resistencia de un elemento de maquina es :

T permisible = 0,40 Sy = 34800 lb/pulg²

Donde el factor de seguridad es :

ns = T permisible / Ta = 34800/ 0,81142 Fpuesto que el factor de seguridad es 3,5 se tiene :

F = 34800/( 0,81142 x 3,5 )

Respuesta : F = 12253,6505 Lb = 12,253 klb

EL MAXIMO ESFUERZO OCURRE EN “A” :

Ta = 0,81142 F lb/pulg² = 9,942 Ksi

PROBLEMA 4

Se muestra un tubo soldado a un soporte fijo. Hállese el momento de torsión T que puede aplicarse si el esfuerzo cortante permisible en la soldadura es de 20,000Lbr/pulg2

Por teoria el esfuerzo cortante por TORSION esta dado Por :

τ = Τr / J …….( 1 )

donde : r : Dist. desde el centroide del grupo de soldadura del grupo de soldadura hasta el puno mas apartado en la soldadura.

Τ : Par de torsión aplicada a la soldadura , N-m

J : momento de inercia de área polar

Relación entre el momento polar de inercia unitario y el momento de inercia polar

J = te Ju = 0.707 he Ju = 0.707 he п ( (5/2)3 -22 ) / 4 = 1.2494 he

Entonces en ( 1 )

20000 = Τ 1 / 1.2494he

T = 24988 he donde en el problema ¼ pulgada es he

Por lo tanto :

T = 6247 Lb

soldadura