Propiedades Propiedades Mecánicas
Propiedades Mecánicas Determinan el comportamiento de los materiales cuando est e stán án expuestos a cargas mecánicas. CARGAS: son fuerzas aplicadas sobre un determinado cuerpo carga: • Formas de Aplicar una carga:
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Tracción • Compresión • Cizalladura • Torsión •
Puente de Colgantes y tirantes
Tecle eléctrico
Puente de Colgantes y tirantes
Columnas
Silla
Lanza de un remolque
Relación de Esfuerzo - Deformación
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Esfuerzo: resistencia que ofrece el material cuando experimenta una fuerza (carga).
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Deformación: es el cambio de forma de un material sometido a una carga.
Tensión o tracción
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Esfuerzo a que está sometido un cuerpo por la aplicación de dos fuerzas que actúan en sentido opuesto, y tienden a estirarlo.
Tensión Convencional o Esfuerzo Convencional
F Ao
= Tensión Convencional (Pa) F = Carga Instantánea (N) Ao= Área de sección (m2) σ
UNIDADES
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Una barra de aluminio de 1,27 cm de diámetro esta sometida a una fuerza de 2500 lb-f. Calcule la tensión convencional que actúa en la barra en libras /pulg2 (psi)
F Ao
Diámetro 1,27cm 0,5 pu lg adas
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Una barra de 1,25 cm de diámetro está sujeta a una pesa de 2500 Kg. Calcule la tensión convencional que actúa en la barra en Megapascales(MPa)
Deformación o Alargamiento
Deformación Convencional
l f l 0 l 0
l
l 0
% Deformación deformació n convencion al 100
Problema •
Se utilizó aluminio comercialmente puro para fabricar una probeta de las siguientes dimensiones de 0,75 pulg de ancho por 0,06 pulg de espesor y 10 pulg de longitud. Se realizan dos marcas en el centro de la probeta separadas entre sí 2 pulg. La probeta es sometida a ensayo y deformada hasta una separación de las marcas de 2,65 pulg. Calcule la deformación y el % de alargamiento o deformación que ha sufrido la probeta.
Ensayos Esfuerzo – Deformación Ensayos Esfuerzo – Deformación útiles para determinar propiedades mecánicas Resistencia. • Son ensayos destructivos • Tipos: •
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Ensayos de Tensión o Tracción
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Ensayos de Compresión
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Ensayos de Torsión
Ensayo de Tensión
Consiste en someter a tracción (tensión) a una muestra de material a velocidad constante e ir registrando la carga necesaria para producir un determinado alargamiento.
Extensómetro
Ensayo de Tracción
Gráfica Típica Esfuerzo vs Deformación
Curva Esfuerzo - Deformación
DEFORMACIÓN ELÁSTICA • •
Material vuelve a sus dimensiones originales cuando la fuerza cesa El número de deformaciones elásticas en un material es limitado ya que aquí los átomos del material son desplazados de su posición original, pero no hasta el extremo de que tomen nuevas posiciones fijas. Así cuando la fuerza cesa, los átomos vuelven a sus posiciones originales y el material adquiere su forma original.
DEFORMACIÓN PLASTICA. •
Material es deformado hasta el punto que los átomos no pueden recuperar sus posiciones originales
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Cuando ocurre una deformación elástica los átomos del material conservan sus vecinos originales, mientras que un deformación plástica provoca que algunos de los átomos de muevan hacia lugares distintos de sus sitios originales
Con los ensayos Esfuerzo – Deformación se pueden hallar las siguientes propiedades: • Límite Elástico • Resistencia a la fluencia o cedencia (Límite Elástico a 0,2%) • Resistencia máxima a la tensión • Propiedades elásticas: Módulo de Elasticidad • Tenacidad a la tensión ( energía absorbida antes de fracturarse) • Ductilidad : • •
Porcentaje de Elongación a la Fractura Porcentaje de reducción en el área de fractura
Límite Elástico y Esfuerzo a la Fluencia •
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Esfuerzo al cual un material muestra deformación plástica significativa Deformación 0,02%
…. diseño •
Para aplicaciones de soporte de cargas Polea para subir carga
No debe haber deformación plástica
Seleccionar
Material en el cual el Esfuerzo calculado para el diseño , sea considerablemente menor a Resistencia a la cedencia (T)
Resistencia Máxima a la Tracción Es la esfuerzo máximo alcanzada en la Curva Esfuerzo –Deformación. • Se determina dibujando una línea horizontal desde el punto máximo de la curva esfuerzo - Deformación •
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Una probeta de Al tiene un diámetro de 0,505 pulg. La elasticidad provoca una compensación de 0,2 % cuando la carga es de 1700 lb; la carga máxima durante el ensayo es de 3120 lb; y la carga cuando la probeta se rompe es de 2100 lb.
a)¿Cuál es el límite elástico? b) Cuál es la resistencia de tracción? c)¿Cuál es el punto de ruptura)
Problema •
Convierta los datos de carga-longitudinal calibrada que aparecen en la tabla a esfuerzo y deformación ingenieriles. Grafique la curva esfuerzo deformación: Tabla1: Resultados de un ensayo de tensión de una barra de aleación de aluminio de 0,505 pulgadas de diámetro
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Gráfica:
Problema •
Convierta los datos de carga-longitudinal calibrada que aparecen en la tabla a esfuerzo y deformación ingenieriles. Grafique la curva esfuerzo deformación: Tabla2: Resultados de un ensayo de tensión de una barra de aleación de aluminio de 1,263cm de diámetro, longitud inicial de 5 cm Carga (N)
ΔL(cm)
0
0
4450
0,0025
13350
0,0075
22240
0,0125
31150
0,0175
33360
0,075
35140
0,2
35580
0,3
Problema Una barra de aluminio de sección circular, debe soportar una fuerza aplicada de 200200 N . Para tener la seguridad suficiente, el esfuerzo máximo permisible es de 172 Mpa. • La barra debe ser de al menos 375 cm de largo , pero no debe deformarse elásticamente mas de 0,625cm cuando se aplique la fuerza. Diseñe la barra apropiada teniendo en cuenta los datos de la tabla anterior •
F 200200 N max permitido
172 MPa
Longitud mínima 375cm No debe deformarse elásticame nte mas de 0,625cm
Módulo de Elasticidad (E) Conocido como Módulo de Young • Unidades: comúnmente GPa • Módulo de Young Elevado rígidos •
E
Donde: E= Módulo de Young = Esfuerzo
σ
= Deformación
ε
Porcentaje de Alargamiento Es la cantidad de elongación que presenta una muestra bajo tensión. • Proporciona el valor de la ductilidad • A mayor ductilidad, mayor será el porcentaje de elongación. •
% Al arg amiento
l f l 0 l 0
100
Porcentaje de Reducción en su área o de Estricción La Ductilidad de un metal también se pude expresar en términos de % de Reducción del Área • El porcentaje de estricción baja si hay defectos o porosidad. •
% Estricción
Areainicial Area final
100
Problema •
Una barra de sección circular con 0,505 pulg de diámetro fabricada de una aleación de aluminio se ensaya a tracción hasta fractura. Si el diámetro final de la zona de fractura es de 0,44 pulg ¿Cuál será el porcentaje de estricción de la muestra?
% Estricción
Areainicial Area final Areainicial
100
Tensión o Esfuerzo Real •
En comparación con la tensión ingenieril, la tensión sigue aumentando hasta alcanzar el punto correspondiente a la rotura.
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σv = Esfuerzo real
P, F = Carga o fuerza aplicada en el esfuerzo
Deformación real
Coeficiente de Poisson
Relación entre las deformaciones laterales y axiales. • Toda deformación elástica longitudinal implica una deformación lateral. • En materiales ideales u = 0,5, en materiales reales u = 0,2 – 0,4. •
