TEMA II DEFORMACIÓN SIMPLE

Presentación del tema: "TEMA II DEFORMACIÓN SIMPLE"— Transcripción de la presentación:

1 TEMA II DEFORMACIÓN SIMPLE
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL “FRANCISCO DE MIRANDA” ÁREA DE TECNOLOGÍA COMPLEJO ACADÉMICO EL SABINO DPTO. DE MECÁNICA Y TECNOLOGÍA DE PRODUCCIÓN. UNIDAD CURRICULAR: RESISTENCIA DE LOS MATERIALES TEMA II DEFORMACIÓN SIMPLE AUTOR:  ING. RAMÓN VILCHEZ G. PUNTO FIJO, JUNIO DE 2008 UNEFM. RESISTENCIA DE LOS MATERIALES. ING. RAMON VILCHEZ

2 TEMA II. DEFINICIÓN DE DEFORMACIÓN SIMPLE
ESQUEMA TEMA II. DEFINICIÓN DE DEFORMACIÓN SIMPLE DEFORMACIÓN SIMPLE Deformación (δ) se refiere a los cambios en las dimensiones de un miembro estructural cuando este se encuentra sometido a cargas externas. Estas deformaciones serán analizadas en elementos estructurales cargados axialmente, por los que entre las cargas estudiadas estarán las de tensión o compresión. DEFORMACIÓN UNITARIA TIPOS DE MATERIALES DIAGRAMA σ - ε Un ejemplo de ellos: Los miembros de una armadura. Las bielas de los motores de los automóviles. Los rayos de las ruedas de bicicletas. LEY DE HOOKE ELEMENTO ESTÁTICAMENTE INDETERMINADOS ESFUERZO Y DEFORMACIÓN POR ORIGEN TÉRMICO

3 TEMA II. DEFORMACIÓN UNITARIA
ESQUEMA TEMA II. DEFORMACIÓN UNITARIA DEFORMACIÓN SIMPLE Todo miembro sometido a cargas externas se deforma debido a la acción de esas fuerzas. La Deformación Unitaria (ε), se puede definir como la relación existente entre la deformación total y la longitud inicial del elemento, la cual permitirá determinar la deformación del elemento sometido a esfuerzos de tensión o compresión axial. DEFORMACIÓN UNITARIA TIPOS DE MATERIALES Entonces, la formula de la deformación unitaria es: DIAGRAMA σ - ε LEY DE HOOKE ε: Deformación Unitaria δ: Deformación Total L: Longitud inicial. ELEMENTO ESTÁTICAMENTE INDETERMINADOS ESFUERZO Y DEFORMACIÓN POR ORIGEN TÉRMICO

4 TEMA II. TIPOS DE MATERIALES
ESQUEMA TEMA II. TIPOS DE MATERIALES DEFORMACIÓN SIMPLE DEFORMACIÓN UNITARIA TIPOS DE MATERIALES DIAGRAMA σ - ε LEY DE HOOKE ELEMENTO ESTÁTICAMENTE INDETERMINADOS ESFUERZO Y DEFORMACIÓN POR ORIGEN TÉRMICO

5 Comportamiento de los Materiales sometidos a compresión:
ESQUEMA TEMA II. TIPOS DE MATERIALES DEFORMACIÓN SIMPLE Comportamiento de los Materiales sometidos a compresión: Materiales Frágiles: Resistencia última, mayor que la ocurrida en el ensayo de tensión. No presenten punto de cedencia en ningún caso. El esfuerzo de rotura incide con el esfuerzo. Formación de conos de desprendimientos y destrucción de materiales debido a la llegada al límite de rotura. Su deformación es muy pequeña en comparación con los materiales dúctiles. Se fractura con mayor facilidad en comparación con un material dúctil. DEFORMACIÓN UNITARIA TIPOS DE MATERIALES DIAGRAMA σ - ε LEY DE HOOKE ELEMENTO ESTÁTICAMENTE INDETERMINADOS ESFUERZO Y DEFORMACIÓN POR ORIGEN TÉRMICO

6 TEMA II. PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS MATERIALES
ESQUEMA TEMA II. PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS MATERIALES Propiedades Mecánica de los Materiales: Resistencia mecánica: la resistencia mecánica de un material es su capacidad de resistir fuerzas o esfuerzos. Los tres esfuerzos básicos son: Esfuerzo de Tensión: es aquel que tiende a estirar el miembro y romper el material. Donde las fuerzas que actúan sobre el mismo tienen la misma dirección, magnitud y sentidos opuestos hacia fuera del material. Como se muestra en la siguiente figura. Y viene dado por la siguiente formula: DEFORMACIÓN SIMPLE DEFORMACIÓN UNITARIA TIPOS DE MATERIALES DIAGRAMA σ - ε LEY DE HOOKE T Lo Lf Elemento sometido a tensión. T T ELEMENTO ESTÁTICAMENTE INDETERMINADOS T T ESFUERZO Y DEFORMACIÓN POR ORIGEN TÉRMICO

7 TEMA II. PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS MATERIALES
ESQUEMA TEMA II. PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS MATERIALES DEFORMACIÓN SIMPLE Esfuerzo de compresión: es aquel que tiende aplastar el material del miembro de carga y acortar al miembro en sí. Donde las fuerzas que actúan sobre el mismo tienen la misma dirección, magnitud y sentidos opuestos hacia dentro del material. Como se muestra en la siguiente figura. Y viene dado por la siguiente formula: DEFORMACIÓN UNITARIA TIPOS DE MATERIALES DIAGRAMA σ - ε LEY DE HOOKE C Lf Elemento sometido a compresión. Lo ELEMENTO ESTÁTICAMENTE INDETERMINADOS ESFUERZO Y DEFORMACIÓN POR ORIGEN TÉRMICO

8 TEMA II. PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS MATERIALES
ESQUEMA TEMA II. PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS MATERIALES DEFORMACIÓN SIMPLE Esfuerzo cortante: este tipo de esfuerzo busca cortar el elemento, esta fuerza actúa de forma tangencial al área de corte. Como se muestra en la siguiente figura. Y viene dado por la siguiente formula: DEFORMACIÓN UNITARIA TIPOS DE MATERIALES Elemento sometido a cortante. V Área de corte DIAGRAMA σ - ε LEY DE HOOKE ELEMENTO ESTÁTICAMENTE INDETERMINADOS Rigidez: la rigidez de un material es la propiedad que le permite resistir deformación. ESFUERZO Y DEFORMACIÓN POR ORIGEN TÉRMICO

9 TEMA II. PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS MATERIALES
ESQUEMA TEMA II. PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS MATERIALES DEFORMACIÓN SIMPLE Elasticidad: es la propiedad de un material que le permite regresar a su tamaño y formas originales, al suprimir la carga a la que estaba sometido. Esta propiedad varía mucho en los diferentes materiales que existen. Para ciertos materiales existe un esfuerzo unitario más allá del cual, el material no recupera sus dimensiones originales al suprimir la carga. A este esfuerzo unitario se le conoce como Límite Elástico. Plasticidad: esto todo lo contrario a la elasticidad. Un material completamente plástico es aquel que no regresa a sus dimensiones originales al suprimir la carga que ocasionó la deformación. DEFORMACIÓN UNITARIA TIPOS DE MATERIALES DIAGRAMA σ - ε LEY DE HOOKE ELEMENTO ESTÁTICAMENTE INDETERMINADOS Ductilidad: es la propiedad de un material que le permite experimentar deformaciones plásticas al ser sometido a una fuerza de tensión. ESFUERZO Y DEFORMACIÓN POR ORIGEN TÉRMICO

10 TEMA II. PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS MATERIALES
ESQUEMA TEMA II. PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS MATERIALES DEFORMACIÓN SIMPLE Maleabilidad: es la propiedad de un material que le permite experimentar deformaciones plásticas al ser sometido a una fuerza de compresión. Deformación: son los cambios en la forma o dimensiones originales del cuerpo o elemento, cuando se le somete a la acción de una fuerza. Todo material cambia de tamaño y de forma al ser sometido a carga. DEFORMACIÓN UNITARIA TIPOS DE MATERIALES DIAGRAMA σ - ε LEY DE HOOKE ELEMENTO ESTÁTICAMENTE INDETERMINADOS ESFUERZO Y DEFORMACIÓN POR ORIGEN TÉRMICO

11 d e c b a TEMA II. DIAGRAMA ESFUERZO-DEFORMACIÓN
ESQUEMA TEMA II. DIAGRAMA ESFUERZO-DEFORMACIÓN DEFORMACIÓN SIMPLE Diagrama esfuerzo- deformación. DEFORMACIÓN UNITARIA d e TIPOS DE MATERIALES c b DIAGRAMA σ - ε a LEY DE HOOKE ELEMENTO ESTÁTICAMENTE INDETERMINADOS ESFUERZO Y DEFORMACIÓN POR ORIGEN TÉRMICO

12 TEMA II. DIAGRAMA ESFUERZO-DEFORMACIÓN
ESQUEMA TEMA II. DIAGRAMA ESFUERZO-DEFORMACIÓN DEFORMACIÓN SIMPLE Límite de proporcionalidad: se observa que va desde el origen O hasta el punto llamado límite de proporcionalidad, es un segmento de recta rectilíneo, de donde se deduce la tan conocida relación de proporcionalidad entre la tensión y la deformación enunciada en el año 1678 por Robert Hooke. Cabe resaltar que, más allá la deformación deja de ser proporcional a la tensión. Limite de elasticidad o limite elástico: es la tensión más allá del cual el material no recupera totalmente su forma original al ser descargado, sino que queda con una deformación residual llamada deformación permanente. DEFORMACIÓN UNITARIA TIPOS DE MATERIALES DIAGRAMA σ - ε LEY DE HOOKE ELEMENTO ESTÁTICAMENTE INDETERMINADOS ESFUERZO Y DEFORMACIÓN POR ORIGEN TÉRMICO

13 TEMA II. DIAGRAMA ESFUERZO-DEFORMACIÓN
ESQUEMA TEMA II. DIAGRAMA ESFUERZO-DEFORMACIÓN DEFORMACIÓN SIMPLE Punto de fluencia: es aquel donde en el aparece un considerable alargamiento o fluencia del material sin el correspondiente aumento de carga que, incluso, puede disminuir mientras dura la fluencia. Sin embargo, el fenómeno de la fluencia es característico del acero al carbono, mientras que hay otros tipos de aceros, aleaciones y otros metales y materiales diversos, en los que no manifiesta. Esfuerzo máximo o esfuerzo de Rotura: es la máxima ordenada en la curva esfuerzo-deformación. DEFORMACIÓN UNITARIA TIPOS DE MATERIALES DIAGRAMA σ - ε LEY DE HOOKE ELEMENTO ESTÁTICAMENTE INDETERMINADOS ESFUERZO Y DEFORMACIÓN POR ORIGEN TÉRMICO

14 TEMA II. DIAGRAMA ESFUERZO-DEFOERMACIÓN
ESQUEMA TEMA II. DIAGRAMA ESFUERZO-DEFOERMACIÓN DEFORMACIÓN SIMPLE Esfuerzo de Rotura: en el acero al carbono es algo menor que la tensión de rotura, debido a que la tensión este punto de rotura se mide dividiendo la carga por área inicial de la sección de la barra, lo que es más cómodo, es incorrecto. El error es debido al fenómeno denominado estricción. Próximo a tener lugar la rotura, el material se alarga muy rápidamente y al mismo tiempo se estrecha, en una parte muy localizada de la probeta, de forma que la carga, en el instante de rotura, se distribuye realmente sobre una sección mucho más pequeña. DEFORMACIÓN UNITARIA TIPOS DE MATERIALES DIAGRAMA σ - ε LEY DE HOOKE Estado inicial sin carga ELEMENTO ESTÁTICAMENTE INDETERMINADOS Fenómeno de Estricción ESFUERZO Y DEFORMACIÓN POR ORIGEN TÉRMICO Falla de la Probeta

15 TEMA II. LEY DE HOOKE. DEFORMACIÓN AXIAL
ESQUEMA TEMA II. LEY DE HOOKE. DEFORMACIÓN AXIAL DEFORMACIÓN SIMPLE La ley Hooke expresa que la deformación que experimenta un elemento sometido a carga externa es proporcional a esta. En el año 1678 por Robert Hooke enuncia la ley de que el esfuerzo es proporcional a la deformación. Pero fue Thomas Young, en el año 1807, quien introdujo la expresión matemática con una constante de proporcionalidad que se llama Módulo de Young DEFORMACIÓN UNITARIA TIPOS DE MATERIALES DIAGRAMA σ - ε LEY DE HOOKE En donde: σ: es el esfuerzo. ε: es la deformación unitaria. E: módulo de elasticidad ELEMENTO ESTÁTICAMENTE INDETERMINADOS ESFUERZO Y DEFORMACIÓN POR ORIGEN TÉRMICO

16 Deformación Axial: TEMA II. LEY DE HOOKE. DEFORMACIÓN AXIAL
ESQUEMA TEMA II. LEY DE HOOKE. DEFORMACIÓN AXIAL DEFORMACIÓN SIMPLE Deformación Axial: Recordando que la deformación unitaria es la relación que existe entre la deformación total con respecto a su longitud inicial : DEFORMACIÓN UNITARIA Y la Ley de Hooke es: TIPOS DE MATERIALES Igualando las (a) y (b) se obtiene: DIAGRAMA σ - ε Sabiendo que: LEY DE HOOKE Formula de la deformación axial ELEMENTO ESTÁTICAMENTE INDETERMINADOS Esta expresión es valida bajo las siguientes hipótesis: La carga ha ser axial. La barra debe ser homogénea y de sección constante. El esfuerzo no debe sobre pasar el límite de proporcionalidad. ESFUERZO Y DEFORMACIÓN POR ORIGEN TÉRMICO

17 TEMA II. ELEMENTOS ESTÁTICAMENTE INDETERMINADOS
ESQUEMA TEMA II. ELEMENTOS ESTÁTICAMENTE INDETERMINADOS DEFORMACIÓN SIMPLE Elementos estáticamente indeterminados: Son aquellos elementos cargados axialmente en los que las ecuaciones de equilibrio estático no son suficientes para determinar las fuerzas, que actúan en cada sección. Lo que da por resultados que las reacciones o fuerzas resistivas excedan en número al de ecuaciones independientes de equilibrio que pueden establecerse. Estos casos se llaman estáticamente indeterminados. A continuación se presentan unos principios generales para enfrentar estos tipos de problemas: DEFORMACIÓN UNITARIA TIPOS DE MATERIALES DIAGRAMA σ - ε LEY DE HOOKE En el diagrama de cuerpo libre de la estructura o parte de ella, aplicar las ecuaciones del equilibrio estático. Si hay más incógnitas que ecuaciones independientes de equilibrio, obtener nuevas ecuaciones mediante relaciones geométricas entre las deformaciones elásticas producidas por las cargas y por las fuerzas desconocidas ELEMENTO ESTÁTICAMENTE INDETERMINADOS ESFUERZO Y DEFORMACIÓN POR ORIGEN TÉRMICO

18 TEMA II. ELEMENTOS ESTÁTICAMENTE INDETERMINADOS
ESQUEMA TEMA II. ELEMENTOS ESTÁTICAMENTE INDETERMINADOS DEFORMACIÓN SIMPLE Deformación que Causan los Cambios de Temperatura Los elementos de máquinas cuando están en funcionamiento sufren cambios de temperatura que provocan deformaciones en estos productos de estos diferenciales de temperatura. Algunos ejemplos de ellos son: las piezas de los motores, hornos, máquinas herramientas (fresadoras, tornos, cortadoras), equipos de moldeo y extrusión de plástico. Los diferentes materiales cambian de dimensiones a diferentes tasa cuando se exponen a cambios de temperaturas. La mayoría de los metales se dilatan al aumentar la temperatura, auque algunos se contraen y otros permanecen del mismo tamaño. Estos cambios de dimensiones esta determinado por el coeficiente de expansión térmica. DEFORMACIÓN UNITARIA TIPOS DE MATERIALES DIAGRAMA σ - ε LEY DE HOOKE ELEMENTO ESTÁTICAMENTE INDETERMINADOS ESFUERZO Y DEFORMACIÓN POR ORIGEN TÉRMICO

19 TEMA II. ELEMENTOS ESTÁTICAMENTE INDETERMINADOS
ESQUEMA TEMA II. ELEMENTOS ESTÁTICAMENTE INDETERMINADOS DEFORMACIÓN SIMPLE Deformación que Causan los Cambios de Temperatura Coeficiente de expansión térmica (α): es la propiedad de un material que indica la cantidad de cambio unitario dimensional con un cambio unitario de temperatura. Las unidades en que se exprese el coeficiente de expansión térmica son: DEFORMACIÓN UNITARIA TIPOS DE MATERIALES DIAGRAMA σ - ε E.U.G LEY DE HOOKE ELEMENTO ESTÁTICAMENTE INDETERMINADOS SI ESFUERZO Y DEFORMACIÓN POR ORIGEN TÉRMICO

20 TEMA II. ELEMENTOS ESTÁTICAMENTE INDETERMINADOS
ESQUEMA TEMA II. ELEMENTOS ESTÁTICAMENTE INDETERMINADOS DEFORMACIÓN SIMPLE Deformación que Causan los Cambios de Temperatura Expansión Térmica: son las variaciones de dimensión en un material producto de los cambios de temperatura en el mismo. Y la ecuación es la siguiente: DEFORMACIÓN UNITARIA TIPOS DE MATERIALES En donde: DIAGRAMA σ - ε Expansión Térmica Coeficiente de Expansión Térmica LEY DE HOOKE Longitud inicial del miembro Cambio de temperatura ELEMENTO ESTÁTICAMENTE INDETERMINADOS ESFUERZO Y DEFORMACIÓN POR ORIGEN TÉRMICO

21 TEMA II. ELEMENTOS ESTÁTICAMENTE INDETERMINADOS
ESQUEMA TEMA II. ELEMENTOS ESTÁTICAMENTE INDETERMINADOS DEFORMACIÓN SIMPLE Deformación que Causan los Cambios de Temperatura Esfuerzo Térmico: estos esfuerzos se generan cuando a un elemento sometido a cambios de temperaturas se le sujetan de tal modo que impiden la deformación del mismo, esto genera que aparezcan esfuerzos la pieza. DEFORMACIÓN UNITARIA TIPOS DE MATERIALES Recordando que: DIAGRAMA σ - ε Por la Ley de Hooke: LEY DE HOOKE En donde: ELEMENTO ESTÁTICAMENTE INDETERMINADOS Expansión Térmica Coeficiente de Expansión Térmica ESFUERZO Y DEFORMACIÓN POR ORIGEN TÉRMICO Módulo de elasticidad Cambio de temperatura

22 GRACIAS "Economizad las lágrimas de vuestros hijos, para que puedan regar con ellas vuestra tumba." Pitágoras