Estrés compresivo y su descripción general con hechos importantes

Tema de discusión: Esfuerzo y deformación por compresión

¿Qué es una fuerza de compresión?

Definición de estrés compresivo:

Las propiedades de tracción y compresión del material representan las cargas axiales a lo largo de los ejes ortogonales. Las cargas que se estiran en los límites del sistema se describen como cargas de tracción, mientras que las que se comprimen en los límites del sistema se describen como cargas de compresión.

La fuerza aplicada externamente sobre el cuerpo deforma el cuerpo de tal manera que el cuerpo disminuye de volumen y la longitud se denomina esfuerzo de compresión.

Es la tensión restaurada del cuerpo que se deforma cuando se aplica a una carga de compresión externa. Un aumento de la tensión de compresión en los cilindros largos y delgados tienden a sufrir fallas estructurales debido al pandeo de las columnas. Cuando el material no resiste la compresión, se produce el pandeo por tensión.

estrés compresivo
estrés compresivo

Medición de tensión compresiva

Fórmula de estrés compresivo:

La fuerza normal se aplica a la unidad de área.

\ sigma = \ frac {F} {A}

Dónde,

Fuerza de compresión (F): la fuerza de compresión es la carga necesaria para comprimir el material para unirlo.

Unidad de esfuerzo compresivo:

La unidad SI de la misma es la misma que la unidad de la fuerza a la del área. 

Entonces, se representa como Nuevo Méjico2 or Pensilvania.

Dimensión de la tensión compresiva:

La dimensión de la tensión compresiva es [ML-1T-2].

¿El estrés compresivo es positivo o negativo?

Respuesta: la tensión de compresión es negativa ya que se comprime, ya que el cambio de dimensión (dL) tiene la dirección opuesta.

¿Son iguales el límite elástico y la resistencia a la compresión?

Respuesta: No, ceder en tensión y compresión no es lo mismo. El valor cambiará según la aplicabilidad.

Fuerza compresiva:

Esta es la capacidad del material para resistir la compresión que se produce debido a la tensión de compresión. Hay algunos materiales que pueden soportar la única tensión, algunos materiales pueden soportar la única compresión y hay algunos materiales que pueden soportar tanto la tensión como la compresión. La resistencia máxima a la compresión es el valor obtenido cuando el material pasa por su falla total. La prueba de compresión se realiza de la misma manera que la prueba de tracción. La única diferencia es que la carga utilizada es la carga de compresión.

La resistencia a la compresión es mayor en rocas y hormigón.

Esfuerzo de compresión del acero dulce | acero bajo en carbono:

 El material que sufre grandes tensiones antes de fallar son materiales dúctiles como el acero dulce, el aluminio y sus aleaciones. Los materiales frágiles, cuando se someten a esfuerzos de compresión, la aparición de rotura debido a la liberación repentina de la energía almacenada. Mientras que cuando el material dúctil sufre un esfuerzo de compresión, el material se comprimirá y la deformación se llevará a cabo sin fallas.

Estrés compresivo y estrés de tracción | Esfuerzo de compresión vs esfuerzo de tracción

 Estrés compresivoEsfuerzo de tracción
Resultados deConsecuencias de la tensión de compresión de la compresión del material.Resultados de la tensión de tracción del estiramiento del material
Empujar o tirarMientras que la tensión de compresión es el empuje que las fuerzas externas dan al cuerpo para cambiar su forma y tamaño.La tensión de tracción es el tirón dado al cuerpo por fuerzas externas para cambiar su forma y tamaño.
Compresión o alargamientoLa tensión de compresión se genera a partir de una fuerza de compresión externa.La tensión de tracción se genera debido a que la fuerza de elongación intenta estirarse.
Aplicación en barraCuando la barra sufre una tensión compresiva, las deformaciones son compresivas (negativas).Cuando la barra sufre un esfuerzo de tracción, las deformaciones son de tracción (positivas).

Curva de deformación por tensión compresiva

Diagrama tensión-deformación: tensión de compresión

Crédito de la imagen: Wei SUN y col.

El diagrama de tensión-deformación para la compresión es diferente de la tensión.

En la prueba de compresión, la curva de tensión-deformación es una línea recta hasta un límite elástico. Más allá de ese punto, una curva distinta en la curva que representa el inicio de la plasticidad; el punto muestra el límite elástico compuesto por compresión, que está directamente relacionado con el esfuerzo residual. El aumento de la tensión residual aumenta la tensión de compresión.

En la prueba de compresión, la región lineal es una región elástica que sigue la ley de Hooke. Por lo tanto, la región se puede representar como, 

E = módulo de Young 

En esta región, el material se comporta elásticamente y vuelve a su posición original al eliminar la tensión.

Límite de elasticidad:

Este es el punto donde termina la elasticidad y se inicia la región de plasticidad. Por lo tanto, después del límite de elasticidad, el material no podrá volver a su forma real después de eliminar la tensión.

Se encuentra que si el material cristalino pasa por compresión, la curva de tensión-deformación es opuesta a las aplicaciones de tensión en la región elástica. Las curvas de tensión y compresión varían en deformaciones más grandes (deformaciones) ya que hay compresión en el material comprimido, y en la tensión, el material sufre una deformación plástica.

Estrés-deformación en tensión | ensayo de tracción:

Línea OA: límite proporcional

La línea OA representa un límite proporcional. El límite proporcional es el límite hasta que la tensión es proporcional a la deformación siguiendo la Ley de Hook. A medida que aumenta la tensión, aumenta la deformación del material.

Punto A: Límite elástico:

En este punto se ha aplicado la tensión máxima dentro de un material sólido. Este punto se llama límite elástico. El material dentro del límite elástico sufrirá una deformación y, después de eliminar la tensión, el material volverá a su posición real.

¿Qué es la región elastoplástica?

Región elastoplástica:

Es la región entre el punto de fluencia y el punto elástico.

Punto B: límite de fluencia superior

La deformación plástica se inicia con la deslocalización de su estructura cristalina. Este desplazamiento aumenta después del límite de fluencia superior, y limita el movimiento del mismo, característica conocida como endurecimiento por deformación.

Punto C: límite de fluencia inferior

Este es el punto después del cual se inician características como el endurecimiento por deformación. Y se observa que más allá del límite elástico, ocurre la propiedad como deformación plástica.

Deformación permanente: 

Punto de fluencia superior:

Un punto en el que se aplica una carga o tensión máxima para iniciar la deformación plástica.

El límite de fluencia superior es inestable debido al movimiento de dislocaciones cristalinas.

Punto de fluencia más bajo:

El límite de carga mínima o tensión esencial para preservar el comportamiento plástico.

El límite de fluencia más bajo es estable ya que no hay movimiento de cristalino.

El estrés es la resistencia que ofrece el material cuando se aplica a una carga externa, y el endurecimiento por deformación es un aumento lento de la resistencia debido a un aumento de las dislocaciones en el material.

Punto D: último punto de tensión

Representa el último punto de tensión. El estrés máximo puede soportar el estrés máximo. Después del aumento de carga, se produce una falla.

Punto E: punto de ruptura

Representa el punto de rotura o ruptura. Cuando el material sufre una deformación rápida después del último punto de tensión, conduce a la falla del material. Se produjo la máxima deformación en el material.

Problemas de ejemplo de estrés compresivo | Aplicaciones

  • Industria aeroespacial y automotriz: pruebas de actuación y pruebas de resorte
  • Industria de la construcción: la industria de la construcción depende directamente de la resistencia a la compresión de los materiales. El pilar, el techo, se construye mediante esfuerzo de compresión.
  • Pilar de hormigón: en un pilar de hormigón, el material se aprieta por la tensión de compresión.
  • El material se comprime y se adhiere, de manera que se evite la falla del edificio. Tiene una cantidad sostenible de energía almacenada filtrada.
  • Industria cosmética: la compactación de polvos compactos, delineadores de ojos, bálsamos labiales, lápices labiales, sombras de ojos se realiza aplicando la tensión compresiva.
  • Industria del embalaje: Envases de cartón, botellas comprimidas, botellas PET.
  • Industria farmacéutica: En la industria farmacéutica, se utiliza principalmente la tensión de compresión.
  • La rotura, compactación y desmenuzamiento se realiza en la fabricación de tabletas. La dureza y la resistencia a la compresión es una parte importante de la industria farmacéutica.
  • Industria del deporte: la pelota de cricket, la pelota de tenis y la pelota de baloncesto se comprimen para hacerlo más resistente.

¿Cómo medir la tensión compresiva?

Test de comprensión:

La prueba de compresión es la determinación del comportamiento de un material bajo carga de compresión.

La prueba de compresión se usa generalmente para rocas y concreto. La prueba de compresión da la tensión y deformación del material. El resultado experimental debe validar los hallazgos teóricos.

Tipos de pruebas de compresión: 

  • Prueba de flexión
  • Prueba de primavera
  • Prueba de aplastamiento

La prueba de compresión es para determinar la integridad y los parámetros de seguridad del material soportando un esfuerzo de compresión. También proporciona la seguridad de productos terminados, componentes, herramientas fabricadas. Determina si el material es adecuado para el propósito y se fabrica en consecuencia.

Las pruebas de compresión proporcionan datos para los siguientes propósitos:

  • Para medir la calidad del lote
  • Para comprender la consistencia en la fabricación.
  • Para ayudar en el procedimiento de diseño.
  • Para disminuir el precio del material
  • Garantizar estándares internacionales de calidad, etc.

La máquina de prueba de resistencia a la compresión:

Las máquinas de ensayo de compresión comprenden las mediciones de las propiedades del material como el módulo de Young, la resistencia a la compresión máxima, la resistencia a la fluencia, etc., de ahí las características generales de resistencia a la compresión estática de los materiales.

El aparato de compresión está configurado para múltiples aplicaciones. Debido al diseño de la máquina, puede realizar pruebas de tracción, cíclicas, de corte y de flexión.

La prueba de compresión se realiza de la misma manera que la prueba de tracción. Solo la variación de carga ocurre en ambas pruebas. Las máquinas de ensayo de tracción utilizan cargas de tracción, mientras que las máquinas de ensayo de compresión utilizan cargas de compresión.

Resistencias a la compresión de varios materiales:

· Resistencia a la compresión del hormigón: 17Mpa-27Mpa

· Resistencia a la compresión del acero: 25MPa

· Resistencia a la compresión del granito: 70-130MPa

· La resistencia a la compresión del cemento: 11.5 - 17.5MPa

· El límite elástico de compresión del aluminio: 280MPa

¿Cuál es la tensión de compresión permitida para el acero?

Respuesta: Las tensiones permitidas se miden comúnmente mediante códigos de estructura de ese metal, como el acero y el aluminio. Está representado por la fracción de su tensión de fluencia (resistencia)

¿Qué es la resistencia a la compresión del hormigón a distintas edades?

Es la resistencia mínima a la compresión del material en la prueba estándar de un cilindro de hormigón de 28 días.

Las mediciones de la resistencia a la compresión del hormigón requieren alrededor de 28 a 35 MPa a los 28 días.

Resistencia a la compresión del hormigón:

Problemas de estrés compresivo:

Problema #1

Una barra de acero de 70 mm de diámetro y 3 m de largo está rodeada por una carcasa de hierro fundido de 7 mm de espesor. Calcule la carga de compresión para una barra combinada de 0.7 mm en la longitud de 3 m. (Eacero = 200 GPa y Ehierro fundido = 100GPa.)

Solución:

δ=\ frac {PL} {AE}

δ=δ hierro fundido=δ acero= 0.7mm 

δ hierro fundido =\frac{Pcastiron(3000)}{\frac{\pi }{4}*{<em>100 000</em>}*{84^{2}-70^{2}}} = 0.7

Hierro fundido P = 50306.66 πN

δ acero= {\frac{Psteel(3000)}{\frac{\pi }{4}*{<em>200 000</em>}*{70^{2}}}= 0.7

P acero= 57166.66πN

ΣFV=0

P= P hierro fundido +P acero

P= 50306.66π+ 57166.66π

P= 107473.32πN

P= 337.63 kN

Problema #2:

Una estatua que pesa 10KN descansa sobre una superficie plana en la parte superior de un pilar de 6.0 m de altura. El área de la sección transversal de la torre es de 0.20 m2 y está hecho de granito con una densidad de masa de 2700 kg / m3. Calcule el esfuerzo de compresión y la deformación en la sección transversal 3 m por debajo desde la parte superior de la torre y el segmento superior respectivamente.

solución:

El volumen del segmento de la torre con la altura.

 H= 3.0 my área de sección transversal A= 0.2m2 es

V = A * H = 0.3 * 0.2 = 0.6 m ^ 3

Densidad ρ= 2.7 × 10 ^ 3 kg / m3, (grafito)

Masa del segmento de la torre

m= ρV =(2.7×10^3 *0.60m3)=1.60×10^3 kg.

El peso del segmento de la torre es

Wp = mg= (1.60 × 103 * 9.8) = 15.68KN.

El peso de la escultura es

                                         Ws = 10KN,

fuerza normal 3 m por debajo de la escultura,

F⊥ = wp  + ws  = (1.568 + 1.0) × 104N = 25.68KN.

Por lo tanto, la tensión se calcula mediante F/A

= 2.568 × 104 * 0.20

= 1.284 × 10 ^ 5Pa = 128.4 kPa.

Y=4.5×10^10Pa = 4.5×10^7kPa.

Entonces, la deformación compresiva calculada en esa posición es

Y= 128.4 / 4.5 × 107

= 2.85 x 10-6.

Problema #3:

Una barra de acero de sección transversal variable está en peligro por la fuerza axial. Encuentre el valor de P para el equilibrio.

E = 2.1 * 10 ^5MPa. L1=1000mm, L2=1500mm, L3=800mm.A1=500mm2, A2 = 1000 mm2, A3 = 700 mm2.

                                                                                                                           

Desde el equilibrio:

{\ sum Fx}= 0

+ 8000-10000 + P-5000 = 0

P = 7000N

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Sobre Sulochana Dorve

Yo soy Sulochana. Soy un ingeniero de diseño mecánico: M.tech en ingeniería de diseño, B.tech en ingeniería mecánica. He trabajado como pasante en Hindustan Aeronautics Limited en el diseño del departamento de armamento. Tengo experiencia trabajando en I + D y diseño. Soy experto en CAD / CAM / CAE: CATIA | CREO | ANSYS Apdl | Banco de trabajo ANSYS | HYPER MESH | Nastran Patran así como en lenguajes de programación Python, MATLAB y SQL.
Tengo experiencia en Análisis de Elementos Finitos, Diseño para Fabricación y Ensamblaje (DFMEA), Optimización, Vibraciones Avanzadas, Mecánica de Materiales Compuestos, Diseño Asistido por Computadora.
Soy un apasionado del trabajo y un gran aprendiz. Mi propósito en la vida es tener una vida con propósito y creo en el trabajo duro. Estoy aquí para sobresalir en el campo de la ingeniería trabajando en un entorno desafiante, agradable y profesionalmente brillante donde puedo utilizar completamente mis habilidades técnicas y lógicas, actualizarme constantemente y compararme con los mejores.
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