esfuerzo de ingenieria

ESFUERZO EN INGENIERIA

PRESENTADO POR: OSCAR PEREZ

UNIVERSIDAD AUTONOMA DEL CARIBE FACULTAD DE INGENIERIA BARRANQUILLA-ATLANTICO 2008

CONTENIDO INTRODUCCION. OBJETIVO. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA MARCO TEORICO “ESFUERZO EN INGENIERIA”. 1.

Esfuerzo simple o normal 1.1 Tracción, compresión, flexión, torsión, y cortadura

2.

Esfuerzo cortante.

3. Esfuerzo y deformación. 3.1 Deformación longitudinal o unitaria. 3.2 Deformación plástica y elástica RESUMEN. BIBLIOGRAFIA.

INTRODUCCION El cálculo del esfuerzo en los materiales es muy importante para los futuros ingenieros. El esfuerzo en los materiales hace parte de una de las temáticas de las cuales se debe tener en cuenta al momento de analizar, diseñar y mejorar las diversas maquina y estructuras portadoras de carga. El esfuerzo en ingeniería es una de las temáticas fundamentales en el desarrollo de un ingeniero ya sea mecánico, industrial, metalúrgico, mecatronico, etc. Debido a que nos permitirá analizar nuestro entorno mucho mas afondo y con una visión mucho mas científica, permitiendo percibir al mundo como un entorno lleno de materiales y de fuerzas.

OBJETIVOS OBJETIVO GENERALE Presentar una guía de los que se va a tratar el curso de resistencia de materiales del periodo 2008-2.

OBJETIVOS ESPECIFICOS 1. Manejar el concepto teórico de esfuerzo 2. Crear una conciencia acerca de la mecánica de los materiales y como se comportan estos bajo una carga o una fuerza. 3. Identificar las posibles causas por las cuales los materiales fallan en las estructura a las cuales se les fue asignada y detectar si fue una falla del material en si o una falla en el calculo de fuerzas.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA La problemática que gira en torna de los materiales de ingeniería, aparte de la estructura de estos, es el mal calculo de las fuerzas de una maquina o de una estructura. En la que no se tiene presente de cómo reaccionaria el material frente la aplicación de cargas continuas o discontinuas, tales como deformación del material, ruptura del mismo y una perdida innegable de los recursos que ayudaron conformar la pieza ( económico, manufactura, tiempo, etc).

ESFUERZO EN INGENIERIA

1. ESFUERZO SIMPLE O NORMAL Uno de los problemas básicos de la ingeniería es seleccionar, es hallar el material mas apropiado y dimensionarlo lo más apropiado posible, de manera que permita que la estructura final o que la maquina proyectada trabaje con la mayor eficacia. Para ello, es esencial determinar la rigidez, la resistencia y otras propiedades más. Tenemos una barra de material “x”, de longitud “L” y de un área transversal “A”, sometida a una carga “P” en uno de sus extremos.

Esta carga esta distribuida en la estructura de la varilla y se aplica en su área transversal. A partir de esto decimos que el esfuerzo es la fuerza que hay en una estructura o maquina en una unidad de área, o es la intensidad de las fuerzas distribuidas a través de una sección dada y el esfuerzo lo representamos por la letra sigma “σ”, y matemáticamente así:

σ =

P A

Se empleara un signo positivo para indicar un esfuerzo de tensión (el elemento a pensión) y un signo negativo para indicar un esfuerzo compresivo (el elemento a comprensión).

Este esfuerzo es llamado esfuerzo promedio. Sin embargo, Si se divide la carga entre el área transversal no se obtiene el valor del esfuerzo en todos los puntos de aquella, sino solamente el valor medio del esfuerzo o valor promedio de este. Una determinación más exacta del esfuerzo exige dividir la fuerza diferencial dP, entre el elemento de área diferencial dA sobre el que actúa:

σ =

dP dA

Digamos que, cuando una barra cumple con las condiciones de que el esfuerzo es constante en cada uno de sus puntos de la sección transversal, entonces a este estado es llamado esfuerzo simple o normal. Para halla el esfuerzo en un punto especifico de la sección. Considerando una pequeña área ΔA que rodee al punto y la magnitud ΔP, que es la fuerzas o más bien la carga ejercida sobre el ΔA, se define el esfuerzo en ese punto como:

σ =

dP

lim dA ∆ A→ 0

En general, el valor obtenido para el esfuerzo σ en ese punto, es diferente del valor del esfuerzo promedio dado en las formulas anteriores de esfuerzo simple. Para medir el esfuerzo de una pieza que este sometida bajo una carga, en el sistema ingles (SI), la carga P esta expresada en newton y A en metros cuadrados “m2”. El esfuerzo σ se expresara en “N/m2”. Esta unidad se denomina pascal Pa. Sin embargo, el pascal es una unidad muy pequeña por lo cual se utiliza múltiplos de esta. Kilopasca → 1KPa = 10 3 = 10 3 N / m 2 Megapasca → 1MPa = 10 6 = 10 6 N / m 2 Gigapascal → 1MPa = 10 9 = 10 9 N / m 2

Cuando se utilizan las unidades acostumbradas en los Estados Unidos, la carga P comúnmente se expresa en libras “lb” o kilolibras “Kip” y el area transversal A en pulgadas cuadras “in2”. El esfuerzo “σ”, en consecuencia, se presenta en libras por pulgadas cuadrada “psi” o en kilolibras por pulgada cuadrada “ksi”. 1.1. TRACCION, COMPRESION, FLEXION, TORCION Y CORTADURA Los elementos de una estructura deben de aguantar, además de su propio peso, otras fuerzas y cargas exteriores que actúan sobre ellos. Esto ocasiona la aparición de diferentes tipos de esfuerzos en los elementos estructurales, esfuerzos que estudiamos a continuación. Tracción: se denomina tracción al esfuerzo a que está sometido un cuerpo por la aplicación de dos fuerzas opuestas que tienden a estirarlo. Compresión: Un cuerpo se encuentra sometido a compresión si las fuerzas aplicadas tienden a aplastarlo o comprimirlo. Los pilares y columnas son ejemplo de elementos diseñados para resistir esfuerzos de compresión. Cuando se somete a compresión una pieza de gran longitud en relación a su sección, se arquea recibiendo este fenómeno el nombre de pandeo. Flexión: Un elemento estará sometido a flexión cuando actúen sobre el cargas que tiendan a doblarlo. Ha este tipo de esfuerzo se ven sometidas las vigas de una estructura. Torsión: Un cuerpo sufre esfuerzos de torsión cuando existen fuerzas que tienden a retorcerlo. Es el caso del esfuerzo que sufre una llave al girarla dentro de la cerradura.

Cortadura: Es el esfuerzo al que está sometida a una pieza cuando las fuerzas aplicadas tienden a cortarla o desgarrarla. El ejemplo más claro de cortadura lo representa la acción de cortar con unas tijeras. 2 ESFUERZO CORTANTE El esfuerzo cortante, que a diferencia del esfuerzo normal o simple este esfuerzo es el resultado de aplicar una carga o una fuerza que es paralela al área transversal de la pieza sobre la cual se esta aplicando la carga. Un ejemplo claro es cuando usamos un pinza para cortar un alambre, si aplicamos dos cargas de misma magnitud pero de sentido contrarios estas fuerzas se transportan en las tenazas de la pinza, y luego se hace un DCL en el punto E, vemos que las fuerza actuantes son paralelas al área del alambre.

El esfuerzo cortante es producto de las fuerzas que actúan paralelo al plano que las resisten, a estos esfuerzos cortantes los podemos denominar esfuerzos tangenciales. Aparecen esfuerzos cortantes siempre que las fuerzas aplicadas obliguen a que una sección del solidó tienda a deslizar sobre la sección adyacente. Para calcular el esfuerzo cortante τ , basta en dividir la carga P que es paralela a la sección transversal sobre el área A de la sección transversal.

τ =

P A

3 ESFUERZO Y DEFORMACION Cuando un material se somete a fuerzas o más bien a cargas – como cuando estiras una bande elástica o doblar un palillo plástico – nos familiarizamos con el hecho de que los objetos se pueden deformar o cambiar de forma bajo la accion de las cargas. 3.1 DEFORMACION LONGUITUDINAL O UNITARIO La deformación “ε” es el cambio en el tamaño o forma de un cuerpo debido a la aplicación de una o más cargas sobre la pieza o estructura. La magnitud más simple para medir la deformación es lo que en ingeniería se llama deformación axial o deformación unitaria se define como el cambio de longitud por unidad de longitud:

ε =

L F − L0 LF −1 Ó ε = L0 L0

Donde L0 es la longitud inicial de la zona en estudio y LF la longitud final o deformada. 3.2 DEFORMACION PLASTICA Y ELASTICA Deformación plástica o irreversible. Es un modo de deformación en que el material no regresa a su forma original después de retirar la carga aplicada. Esto sucede porque, en la deformación plástica, el material experimenta cambios termodinámicos irreversibles al adquirir mayor energía potencial elástica.

Deformación elástica o reversible el cuerpo recupera su forma original al retirar la fuerza que le provoca la deformación. En este tipo de deformación, el sólido, al variar su estado tensional y aumentar su energía interna en forma de energía potencial elástica, solo pasa por cambios termodinámicos reversibles. RESUMEN El esfuerzo simple o normal es la intensidad de las fuerzas distribuidas a través de una sección dada o son las fuerzas que hay en una estructura o maquina en una unidad de área

y el esfuerzo lo representamos por la letra sigma “σ”, y

matemáticamente así: σ =

P . A

Para medir el esfuerzo de una pieza en el sistema ingles (SI), se usa el Pascal “P” que es “N/m2” y en los Estados Unidos, se utiliza el “psi” o lb/in2 La tracción, sucede cuando las fuerzas que actúan sobre la pieza tienden a estirarla, la compresión sucede cuando las fuerzas que soporta la pieza tienden a aplastar la. De flexión, ocurre cuando las fuerzas que actúan sobre la pieza tienden a doblarla.

Corte aparece cuando las fuerzas que soporta la pieza

tienden a cortarla y la torsión pasa cuando las fuerzas que soporta la pieza tienden a retorcerla. Esfuerzo cortante es el esfuerzo interno o resultante de las tensiones paralelas a la sección transversal de una pieza, y se calcula: τ =

P . A

La deformación “ε” es el cambio en el tamaño o forma de un cuerpo debido a la aplicación de una o más cargas sobre la pieza o estructura. Y se calcula:

ε =

LF − L0 LF −1 Ó ε = L0 L0

La deformación puede ser plástica en que el material no regresa a su forma original después de retirar la carga aplicada. Y elástica el cuerpo recupera su forma original al retirar la fuerza que le provoca la deformación.

BIBLIOGRAFIA

MECANICA DE MATERIALES, AUTOR: Bedford, Lietchti MECANICA DE MATERIALES, AUTOR: Beer, Ferdinand Pierre MECANICA DE MATERIALES, AUTOR: Hibbeler, Rusel RESISTENCIA DE MATERIALES: INTRDUCCION A MECANICA DE SOLIDOS AUTOR: Pytel, Andrew. SITIOS WEB http://es.wikipedia.org/wiki/Esfuerzo http://www.iesalquibla.com/TecnoWeb/estructuras/contenidos/esfuerzos.http