MARCO TEÓRICO
Para estudiar los materiales, es necesario conocer las las prop propie ieda dade dess de los los mism mismos os,, los los tipo tiposs de fuerzas que son aplicadas sobre un material y los esfu esfuer erzo zoss resu result ltan ante tess de esta estass fuer fuerza zas. s. Es la mecáni mecánica ca de materi materiale aless la encar encargad gadaa de dicho dicho estudio.
&omado &omado de http''blog.utp.edu.co'meta http''blog.utp.edu.co'metalografia'() lografia'() propiedades)mecanicas)de)los)mat propiedades)mecanicas)de)los)materiales' eriales' tra fuerza que puede actuar sobre un material es la fuerza de cizalladura o fuerza cortante, que son dos fuerzas que actúan en sentido contrario sobre un la secci!n trasversal de un cuerpo.
Las propiedades de los materiales nos permiten dife difere renc ncia iarr un mate materi rial al de otro otro,, segú según n sus sus características características y propiedades. Las fuerzas a las que se ve sometido un material son son fuerza fuerza de tensi! tensi!n, n, fuerza fuerza de compre compresi! si!n, n, fuerza de fle"i!n y fuerza de torsi!n. Las Las fuer fuerza zass de tens tensi! i!n n son son aque aquell llaa que que son son aplicadas en los e"tremos de un material #fuerzas en sentido contrario$ y tiende a estirarlo a lo largo de su línea de acci!n, aumentando su longitud% y las fuerzas de compresi!n son lo opuesto a las fuerzas fuerzas de tensi!n. tensi!n. Las fuerzas fuerzas de compresi compresi!n !n intent intentan an compri comprimir mir el materi material. al. El siguie siguiente nte graf grafic icaa mues muestr traa c!mo c!mo actú actúan an las las fuer fuerza zass de tensi!n #a$ y compresi!n #b$. a$
*uando un cuerpo es sometido a fuerzas e"ternas, se produce una deformaci!n en el material. La deformaci!n unitaria es la relaci!n que hay entre la deform deformaci aci!n !n total total y la longit longitud ud inicia iniciall del elemento, y está dada por la siguiente ecuaci!n
&omado de -niversidad istrital, /uía de laboratorio ensayo fle"i!n.
b$
&omado &omado de http''blog.utp.edu.co'metal http''blog.utp.edu.co'metalografia'() ografia'() propiedades)mecanicas)de)los)mate propiedades)mecanicas)de)los)materiales' riales' *uando un material se dobla debido a una fuerza que se aplica sobre +l, se dice que esto es causado por una fuerza de fle"i!n. Pero cuando el material tiende a torcerse por una fuerza e"terna aplicada sobre sobre +l, se dice dice que esto es causad causado o por una fuerza fuerza de torsi!n. torsi!n. La siguiente siguiente grafica muestra c!mo actúan las fuerzas de fle"i!n #a$ y torsi!n #b$.
a$
&omado &omado de http''blog.utp.edu.co'meta http''blog.utp.edu.co'metalografia'() lografia'() propiedades)mecanicas)de)los)mat propiedades)mecanicas)de)los)materiales' eriales'
b$
&odas estas fuerzas que son aplicadas sobre un materi material, al, gener generan an una reacci reacci!n !n por parte parte del material, a lo cual se denomina esfuerzo. &e!rica &e!ricamente mente el esfuerzo esfuerzo #0$ es igual a la fuerza aplicada sobre el área a la cual se le aplica la fuer fuerza za.. 0 1 2'3. '3. Los Los mate materi rial ales es pres presen enta tan n principalmente esfuerzos esfuerzos de tensi!n, compresi!n compresi!n y rotura. -n esfuerzo esfuerzo de tensi! tensi!n n es aquel que tiende tiende a estirar y romper el material, dado que las fuerzas tienen la misma direcci!n pero sentidos opuestos. 4i el material tiende a comprimirse por fuerzas e"ternas, se dice que está e5erciendo un esfuerzo de compresi!n. 4i las las fuer fuerza zass e"te e"tern rnas as actú actúan an de mane manera ra tangencial al área y tratan de cortar el elemento, se define así el esfuerzo de rotura. ado que el esfuerzo es la resistencia del área ante la fuerza fuerza aplica aplicada, da, las unidad unidades es del esfuer esfuerzo zo vienen dadas en Pascales #6'm($.
*uando un material es sometido a fuerzas, este tiende e fracturarse. -na fractura es la manera en que el material estudiado puede fallar. &ambi+n se puede definir como el estado de crecimiento de una grieta que lleva a una falla del material, esto es fractura.1 &odos los materiales tienen diferentes caracterizas que vienen dadas por sus propiedades, y según ellas un material puede soportar más una fuerza e"terna que otro material ba5o la misma fuerza e"terna. La rigidez de un material es la capacidad que tiene de soportar una fuerza sin que le represente una gran deformaci!n. Esta va directamente relacionada con la propiedad de un material de regresar a su tama7o y forma original al de5ar de e5ercer la fuerza que provocaba su deformaci!n. Esta última propiedad se conoce como la elasticidad del material. *uando una fuerza supera la elasticidad del material, este no puede recuperar su dimensi!n original y pasa a su zona plástica. La plasticidad es la propiedad de una manera en donde cuando es retirada la fuerza que provoca una deformaci!n, +ste no es capaz de recuperase, sino que continua deformándose ante una fuerza e"terna. La ductilidad es la capacidad que tiene un material de deformarse sin que se rompa. La propiedad que se relaciona con la ductilidad es la resiliencia, que es la que cuantifica la cantidad de energía que el material puede absorber antes de romperse. 8ientras que la tenacidad cuantifica la cantidad de energía almacenada por el material antes de romperse. *uando un material se rompe en el límite el límite elástico, tambi+n conocido como punto de fluctuaci!n, en el cual pasa de la zona elástica a la zona plástica. Es decir, que el material que cumple con esto, es un material frágil. La fragilidad es la falta de plasticidad. *uando se está comprobando las propiedades de un material a trav+s de pruebas de laboratorio, es necesario tener en cuenta el error, que es una diferencia entre el valor medido en el ensayo #"i$
1 James Newel. Ciencia de materiales. Editorial Alfa omega. México, 2010
y el valor real #"v$, a esto se le denomina error de observaci!n #9i$ 9i1 "i : "v 3l momento de realizar estas pruebas en laboratorio, tambi+n se deben considerar los errores instrumentales que se dan por la manipulaci!n de los instrumentos de medida% errores causales que son a5enos a nuestro mane5o, y los errores bastos que son los que se dan por descuidos. &omado de http''blog.utp.edu.co'metalografia'()propiedades) mecanicas)de)los)materiales'
Prueba de flexión
El ob5etivo de este ensayo es determinar e"perimentalmente algunas propiedades mecánicas del material estudiado. 4e puede determinar el esfuerzo flector má"imo, la má"ima deformaci!n unitaria, momento de inercia de la secci!n transversal, y adicionalmente realizar las gráficas de esfuerzo contra deformaci!n. En la prueba de fle"i!n se tiene que establecer en cuantos puntos será aplicada la fuerza #P$ sobre el material a analizar. En este caso en particular se aplica una sola fuerza en el medio, como se muestra en la siguiente imagen
&omado de http''blog.utp.edu.co'metalografia'() propiedades)mecanicas)de)los)materiales';(<=> ado que las cargas y los apoyos de la viga, cambian los resultados de una prueba de fle"i!n, se debe tener claramente esto definido con anterioridad. Lo anterior tiene implicaciones en los gráficos obtenidos en la aplicaci!n de la fuerza sobre un material. El diagrama cortante es la representaci!n de la fuerza cortante #?$ desarrollada, en funci!n de la fuerza aplicada #P$ y la posici!n de la misma en la longitud de la barra #L$. e igual manera ocurre con el diagrama de momento, que representa el momento fle"ionante #8$, en funci!n de la fuerza
aplicada #P$ y la posici!n de la misma en la longitud de la barra #L$.
En la zona elástica del material la relaci!n tensi!n)deformaci!n, está dado según la Ley BooCe, donde E es el 8!dulo de Aoung. Esto se define según la siguiente ecuaci!n
&omado de http''rdemateriales.blogspot.com.co'(D<'DF'ley) de)hooCe)ley)de)elasticidad)de)hooCe.html
Elaboraci!n propia Para calcular el momento má"imo flector #8$, se emplean la siguiente ecuaci!n
/ráficamente el m!dulo de Aoung es la pendiente de la parte lineal de la gráfica esfuerzo deformaci!n, es decir de la zona elástica. (
Acero 1040 &omado de -niversidad istrital, /uía de laboratorio ensayo fle"i!n
Para determinar el esfuerzo de fle"i!n, es necesario antes definir la distancia perpendicular del e5e neutro al punto más ale5ado de este #c$ # corresponde al diámetro de la barra$, y el momento de inercia #@$ que en el caso de una probeta circular, están definidas por
&omado de -niversidad istrital, /uía de laboratorio ensayo fle"i!n
Luego de esto, se puede determinar el esfuerzo de fle"i!n #0$ así
Es un acero de medio carbono compuesto de entre un D,GHI a D.==I de carb!n, según el número 3@4@ #) 3@4@)
&omado de -niversidad istrital, /uía de laboratorio ensayo fle"i!n
2inalmente, el esfuerzo má"imo #0$ y la deformaci!n unitaria #9$ se pueden determinar con las siguientes ecuaciones respectivamente
Keferencias
James Newel. Ciencia de materiales. Editorial Alfa omega. México, 2010 http''blog.utp.edu.co'metalografia'()propiedades) mecanicas)de)los)materiales'
2 Universidad ecnol!gica de "ereira. #evista &omado de -niversidad istrital, /uía de laboratorio ensayo fle"i!n
Para este tipo de prueba, se presenta el 8!dulo de Aoung #E$ tambi+n conocido como m!dulo de elasticidad, que representa el grado de rigidez de un material frente a esfuerzos flectores, independientemente de la forma o tama7o.
Ciencia $ %cientia et ec&nica. N' (). #es*ltados del ensa+o a exi!n en m*estras de -am-. 200).
(
%mit& /. *ndamentos de la ciencia en
ingeniera de materiales. ' edici!n. Mc3raw
4ill. Es5a6a. 201
http''MMM.matMeb.com'search'Property4earch.as p"
