h2+h 2+2+ CONCENTRACIONES DE ESFUERZOS Mecánica de Materiales Kevin Anderson Farinango

CONCENTRACIONES DE ESFUERZOS Agregar un pie de página 2 La concentración de esfuerzos es un obstáculo que los ingenieros debemos enfrentar al diseñar un elemento que requiera cambios súbitos de geometría debido a su aplicación, como son barrenos, cuñas, etc. en otras palabras, que tenga concentradores de esfuerzos. Debido a la infinidad de diferentes concentradores de esfuerzos que pueden estar presentes en una placa, por su geometría, posición u otras características, es de vital importancia conocer y entender los conceptos básicos de lo que en si la concentración de esfuerzos.

Definición Agregar un pie de página 3

Las fórmulas elementales usadas en el diseño se basan en elementos que tienen una sección transversal constante o que el cambio en esta es gradual. Estas condiciones, sin embargo, difícilmente se encuentran en la realidad debido a los requerimientos o las características de los elementos de máquinas o estructuras actuales. La presencia de cuñeros, surcos, agujeros, etc. Provoca modificaciones en la distribución de los esfuerzos. Por lo que aparecen esfuerzos mayores en algunas zonas. Este fenómeno se conoce como concentración de esfuerzos. El concepto de concentración de esfuerzos, se refiere al estado macroscópico de esfuerzos, y tiene un significado único para problemas en el plano que involucran la definición de esfuerzo promedio. Entonces, si se barrena un agujero en una placa sometida a tensión, el esfuerzo presente en el elemento es constante siempre y cuando se mida a una distancia apreciable del agujero, pero el esfuerzo tangencial en el borde del agujero se vería incrementado considerablemente. Este cambio o incremento en el esfuerzo en el borde es denominado concentración de esfuerzos. Por lo que es importante de terminar el factor de concentración de esfuerzos kt 4

CONCENTRADORES DE ESFUERZOS La experiencia en el diseño nos indica que hay al menos dos grupos de casos que aparece en el análisis o revisión estructural. Uno conoce a los efectos que tienen los agujeros en placas y armaduras, el otro concentración de esfuerzos provocados por redondea miento, cuñeros o elementos similares bajo varias condiciones de carga. El primer grupo ha sido el mas estudiado, basado en reglas establecidas desde hace tiempo. Los resultados de estos estudios se aplican también superficies redondeados en las cuales la curvaturas no es muy cerrada. Sin embrago la información en la actualidad aun es muy limitada, dado que los experimentos se han realizado bajo solo ciertas características como son la parecencia de un solo agujero o cierta carga. 5

El factor de concentración de esfuerzos puede ser obtenido por métodos teóricos y experimentales. Extensas tablas para este factor han sido publicadas, y el diseño contra falla por fatiga en la presencia de concentradores de esfuerzos ha sido analizado en diversos libros. El factor Kt definido como Kt =σ max/ σ nom Donde σnom es el esfuerzo nominal determinado por el esfuerzo simple en las ecuaciones de los materiales. Generalmente, el esfuerzo nominal es determinado usando toda el área transversal σmax es el esfuerzo máximo obtenido por un método experimental. Factores teóricos de construcción de esfuerzos Donde σnom es el esfuerzo nominal determinado por el esfuerzo simple en las ecuaciones de los materiales. Generalmente, el esfuerzo nominal es determinado usando toda el área transversal σmax es el esfuerzo máximo obtenido por un método experimental. Este factor depende de la geometría de los concentradores de esfuerzo, así como el número de concentradores y su arreglo geométrico. Por lo tanto, puede ser modificado, ya sea disminuirlo o aumentarlo según el objetivo o requerimientos. Esta modificación puede hacerse mediante la adición o disminución de concentradores, cambio en las características de estos concentradores de esfuerzos, como diámetro en los agujeros, radio de curvatura en los surcos, etc. 6

2+2+ CONCENTRACIONES DE ESFUERZOS El nombre de concentradores de esfuerzos se debe a que estas características del elemento provocan un cambio en el flujo de esfuerzos en la placa que está sometida a tensión, es decir, provocan una concentración de esfuerzos que varía de acuerdo a distintos factores. Agregar un pie de página 7

El funcionamiento de una placa de metal se ve afectado por la presencia de la concentración de esfuerzos, por lo que determinar la manera en como varían los esfuerzos al añadir o quitar concentradores de esfuerzo, o al distribuirlos en distintas posiciones modificando sus características como son: Radio de curvatura. Diámetro. Espesor. La longitud de la misma placa.

Agregar un pie de página 2+2+ Un ejemplo de concentración de esfuerzos en los miembros de una máquina necesitan tener agujeros, ranuras, muescas, cuerdas u otros cambios suaves o abruptos en su geometría que crean perturbaciones en el patrón uniforme de esfuerzos. Esas discontinuidades en la geometría causan altos esfuerzos en regiones muy pequeñas del miembro y se conocen como concentraciones de esfuerzos. 9

TABLA DE CONCENTRACIÓN DE ESFUERZO 10 H: ancho Max. h: ancho min. R: radio. K: factor de concentración de esfuerzo r: radio del circulo. W: ancho mayor.