solidos 2.docx

DISEÑO POR PANDEO, PERNOS Y SOLDADURA MECANICA DE SOLIDOS II

ALUMNOS: SICLLA LUJAN JUNIOR

100612I

GONZALES ENRIQUEZ FRANZ

100631H

PROFESOR: Ing.PETER ORTIZ

18 DE JULIO DE 2013 FIEE-UNAC

MECANICA DE SOLIDOS II FIEE-UNAC

2013

DISEÑO POR PANDEO, PERNOS Y SOLDADURA

DISEÑO POR PANDEO, PERNOS Y SOLDADURA Las fuerzas de compresión y tracción se calcularon por el método de nodos y la comprobación por el método semiautomatizado: 35355 -35355 -2500 7500 -2500 2500 -7071 7071 -5000 7500 10000 -7500 10606 10606

Tracción Compresión Compresión Tracción Compresión Tracción Compresión Tracción Compresión Tracción Tracción Compresión Tracción Compresión

Diseño por Pandeo Diseño por Pandeo Diseño por Pandeo

Diseño por pernos y soldadura

a) Diseño por compresión: Sabemos que el material es de acero A36 y que el elemento DG está sometido a compresión con una fuerza , entonces se sabe: 𝑆𝑦 = 36𝐾𝑆𝐼 = 248𝑀𝑃𝑎

(𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎𝑠 𝐴 − 15)

𝐸 = 29𝑥106 𝐾𝑆𝐼 = 200𝐺𝑃𝑎

(𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎𝑠 𝐴 − 15)

𝐿 = 8 𝑝𝑢𝑙𝑔 𝐹𝐷𝐺 = −2500 𝑙𝑏 𝐾 = 1 (𝑓𝑖𝑗𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑎𝑟𝑡𝑖𝑐𝑢𝑙𝑎𝑑𝑎)

Para una primera evaluación vamos a utilizar el perfil W10 x 12 cuyas características son:

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DISEÑO POR PANDEO, PERNOS Y SOLDADURA = 3 54 =√

= 53 8

53 8 =√ 3 54

2 18 =√ 3 54

= 2 18 r=el menor valor entre

y

= 39

= 0 784

: =

= 0 784

Se sabe que para diseñar un elemento en COMPRESION se debe cumplir que: 200 (1) 8 0 784 10 204

200

200 (

)

Para determinar qué tipo de pandeo es tenemos que determinar la razón de esbeltez de transición : 2 =√

2 =√

200 10 248 106

= 126 17

Como:

10 204

126 17

Se dice que es un pandeo inelástico Calculamos el esfuerzo permisible para un material A-36 con un factor de seguridad: F.S. =

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5 3

3( 8

)

−

(

) 8

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DISEÑO POR PANDEO, PERNOS Y SOLDADURA =

5 3

3(10 204) (10 204) − = 1 6969 8(126 17) 8(126 17)

Ahora hallamos la fuerza admisible que podemos aplicarle al elemento: ( ⁄ ) * 1− = (

+

2 (

=

))

= 145 6708

1 ( 6 895

= 145 6708

= 21 127

(3 54

) = 21 127

)

= 7478 958 Como se cumple que:

7478 958

−2500

El perfil W10 x 12 es el adecuado para el diseño de este elemento. b) Diseño por tracción: Sabemos que el material es de acero A36 y que el elemento CD está sometido a tracción con una fuerza , entonces se sabe: 𝑆𝑦 = 36𝐾𝑆𝐼 = 248𝑀𝑃𝑎

(𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎𝑠 𝐴 − 15)

𝐸 = 29𝑥106 𝐾𝑆𝐼 = 200𝐺𝑃𝑎

(𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎𝑠 𝐴 − 15)

𝐿 = 8 𝑝𝑢𝑙𝑔 𝐹𝐶𝐷 = 7500𝑙𝑏𝑓 𝐾 = 1 (𝑓𝑖𝑗𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑎𝑟𝑡𝑖𝑐𝑢𝑙𝑎𝑑𝑎)

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DISEÑO POR PANDEO, PERNOS Y SOLDADURA Para una primera evaluación vamos a utilizar el perfil W10 x 15 cuyas características son: = 4 41 = 69 8

= 2 89

=√

69 8 =√ 4 41

2 89 =√ 4 41

r=el menor valor entre

y

= 3 9784

= 0 8095

: =

= 0 8095

Se sabe que para diseñar un elemento en TRACCION se debe cumplir que: 300 (1) 8 0 8095 9 882

300

300 (

)

Calculamos el esfuerzo permisible para un material A-36 con un factor de diseño N=1.67: = 36 = 21 557 1 67

= =

= = 21 557

(4 41

( ) )

= 95 06637 Como se cumple que:

95 06637

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7500

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DISEÑO POR PANDEO, PERNOS Y SOLDADURA

El perfil W10 x 15 es el adecuado para el diseño de este elemento.

1. Al diseño del elemento en tensión suponer que es la unión de 2 elementos traslapados para el cual es necesario que se calcule el número de pernos para que siga en funcionamiento la armadura. Para un elemento cuyo material es acero A36 y que el elemento CE está sometido a tracción con una fuerza , entonces se sabe: 𝑆𝑦 = 36𝐾𝑆𝐼

(𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎𝑠 𝐴 − 15)

𝑆𝑢 = 58𝐾𝑆𝐼

(𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎𝑠 𝐴 − 15)

𝐸 = 29𝑥106 𝐾𝑆𝐼

(𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎𝑠 𝐴 − 15)

1𝑝𝑖𝑒 𝐿 = 11 3137𝑝𝑢𝑙𝑔 ( ) = 0 9428𝑝𝑖𝑒𝑠 12𝑝𝑢𝑙𝑔 𝐹𝐸𝐶 = 7071 𝑙𝑏𝑓

Utilizaremos pernos A325: 𝜏𝑎 = 𝑒𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑝𝑒𝑟𝑚𝑖𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 = 17 5𝑘𝑠𝑖

(𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎𝑠 16 − 1)

𝜎𝑎𝑏 = 𝑒𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑝𝑜𝑦𝑜 𝑝𝑒𝑟𝑚𝑖𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 = 1 2𝑆𝑢

(𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎𝑠 16 − 1)

𝜎𝑡𝑎 = 𝑒𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝑑𝑒 𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑝𝑒𝑟𝑚𝑖𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 = 0 6𝑆𝑦

(𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎𝑠 16 − 1)

Para una primera evaluación suponemos los siguientes datos:

𝑡 = 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑙𝑎𝑐𝑎 = 0 25𝑝𝑢𝑙𝑔 𝑤 = 𝑎𝑛𝑐ℎ𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑙𝑎𝑐𝑎 = 4𝑝𝑢𝑙𝑔 𝑁 = 𝑛𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑒𝑟𝑛𝑜𝑠 = 3 𝐷 = 1⁄2 𝑝𝑢𝑙𝑔 = 0 5𝑝𝑢𝑙𝑔

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DISEÑO POR PANDEO, PERNOS Y SOLDADURA

1.2) Falla por cortante en el tornillo: =  

=Capacidad de la junta con respecto a cortante del remache. =Esfuerzo cortante permisible en los remaches=17 5 .



=Área sometida a cortante=



= =

(

4

=

4

=

=

=

)

3 (0 5 4

)

= 0 589

(0 589

= 17 5

) = 10305

1.2) Falla por apoyo o aplastamiento de la placa: =     

=Capacidad de la junta de resistir al apoyo o aplastamiento. =esfuerzo de apoyo permisible de las placas=1 2 . =Área sometida a apoyo= =Numero de superficies sometidas a apoyo=3 =espesor de las placas=0 25 =

)(0 25

= 3(0 5 =

=

= 12

= 1 2(58

) = 0 375

(0 375

)(0 375

) ) = 26100

1.3) Falla por tensión o cortante en la placa: = =Capacidad de la junta a tensión. =Esfuerzo permisible a tensión=1 2 . =Área neta sometida a tensión=( − =ancho de la placa=4

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)

.

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DISEÑO POR PANDEO, PERNOS Y SOLDADURA =Diámetro del agujero=

.

(1⁄16)

=Numero de agujeros en la sección de interés=3 =( −

) = ,4 − 3(0 5 =

=

= 06

= 0 6(36

1⁄16)- 0 25 = 0 578 (0 578

)(0 578

) ) = 12487 5

12487 5

26100

 La carga permisible de diseño está referida al menor valor de las 3 fallas que es 10305 , ya que para un determinado esfuerzo esta sería la primera en fallar.  Comparando la carga permisible con la fuerza ejercida en nuestro elemento a diseñar:

7071

10305

2. Calcular la longitud necesaria de soldadura así como el tipo de soldadura de un elemento Para un elemento cuyo material es acero A36 y que el elemento EC está sometido a tracción con una fuerza , entonces se sabe:

𝐿 = 11 3137𝑝𝑢𝑙𝑔 (

1𝑝𝑖𝑒 ) = 0 9428𝑝𝑖𝑒𝑠 12𝑝𝑢𝑙𝑔

𝐹𝐸𝐶 = 7500𝑙𝑏𝑓 𝐿𝑠𝑜𝑙𝑑𝑎𝑑𝑢𝑟𝑎 = 3𝑝𝑢𝑙𝑔

Utilizaremos la soldadura a traslape o de filete, con un tamaño de soldadura de ⁄ =  

y con un electrodo E60. =

=Esfuerzo cortante en la soldadura. =Fuerza aplicada (solo para miembros cargados concéntricamente esto requiere que la línea de acción de la fuerza en las soldaduras pase por el centroide del ángulo de la soldadura)

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DISEÑO POR PANDEO, PERNOS Y SOLDADURA   

=Longitud de la soldadura. =Garganta de la soldadura=0 707 . =Ancho lateral de la soldadura=1⁄8 . = = (3

3) 0 707(1⁄8

)

El esfuerzo cortante admisible, según la AWS (American Welding Society), es 0.3 veces la resistencia a la tensión del electrodo. = (0 3 60

)(3

3)

0 707(1⁄8

)

= 9544 5 Como la fuerza que puede soportar esta soldadura es mayor que la fuerza del elemento a soldar:

7500

9544 5

Entonces este tipo de soldadura es la adecuada para el elemento a soldar

RECOMENDACIONES     

Si realizamos la unión de dos elementos debemos asegurarnos que estos estén unidos por elementos adecuados como pernos o remaches Para el uso de pernos o remaches estos se deben someter a diseño mediante el cálculo de falla por cortante, falla por aplastamiento y falla por tensión. Si en cualquiera de las pruebas no se cumplieran los requerimientos de diseño, se procederá a aumentar el número de pernos, o el tamaño de estos. En el caso de utilizar la soldadura esta deberá calcular la longitud de la soldadura, utilizando el electrodo estándar E60. La utilización de los distintos tipos de herramientas para unión de elementos será a criterio económico y de conveniencia para cada tipo de proyecto.

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