Resistencia de los materiales | Todos sus conceptos importantes

Hay dos tipos de cuerpo: cuerpo rígido y cuerpo deformable. La distancia entre dos puntos cualesquiera permanece constante con la fuerza aplicada sobre un cuerpo se conoce como cuerpo rígido y el cuerpo en el que esta distancia cambia se conoce como cuerpo deformable. La resistencia del material es el estudio de cuerpos deformables. En este, estudiamos las diferentes propiedades de los materiales aplicando fuerza sobre ellos. El estudio de la resistencia de los materiales ayuda a seleccionar material para diferentes aplicaciones según sus propiedades. La resistencia del material también se conoce como Mecánica del material. La resistencia del material incluye tensión, deformación, curva de tensión-deformación, etc.

Estrés de ingeniería

  • La carga o fuerza instantánea aplicada por unidad de área original de sección transversal (antes de cualquier deformación) se conoce como esfuerzo de ingeniería.
  •  Se denota por σ (sigma). La unidad SI de esfuerzo de ingeniería es N / m2 o Pascal (Pa).

Estrés de ingeniería = (Fuerza aplicada) / (Área original)

Resistencia del material: estrés de ingeniería
Resistencia de los materiales: estrés de ingeniería
Resistencia de los materiales: estrés de ingeniería

¡Haga clic aquí! para más detalles

Clasificación de estrés

Generalmente, las tensiones de ingeniería siguientes se clasifican en estudios de resistencia de materiales.

Resistencia del material: clasificación de la tensión de ingeniería
Resistencia de los materiales: clasificación de tensiones

Estrés normal

  • Cuando la fuerza aplicada es perpendicular a la sección transversal dada de la muestra (carga axial), entonces la tensión correspondiente producida en el material se conoce como tensión normal.
  •  Muchas veces la fuerza aplicada sobre la superficie no es uniforme; en ese caso, tomamos un promedio de la fuerza aplicada.

Estrés normal = (componente perpendicular de la fuerza aplicada) / área

Resistencia del material: estrés normal

Esfuerzo de tracción

Cuando la fuerza aplicada se aleja del material, la tensión producida se conoce como tensión de tracción.

Resistencia del material: tensión de tracción
Resistencia de los materiales: tensión de tracción

Estrés compresivo

Cuando la fuerza aplicada está hacia el objeto, la tensión producida se conoce como tensión de compresión.

Resistencia del material: Tensión compresiva
Resistencia de los materiales: tensión compresiva

Esfuerzo de flexión

  • Cuando se aplica fuerza sobre el material en forma de viga, la superficie superior del material sufre un tipo de tensión de compresión, y la superficie inferior sufre un tipo de tensión de tensión y el centro de la viga permanece neutral. Tal tensión se conoce como tensión de flexión.
  •  También se conoce como estrés por flexión.
Resistencia del material: tensión de flexión
Resistencia de los materiales: tensión de flexión

Esfuerzo cortante

Cuando la fuerza aplicada es paralela al área sobre la que se aplica, el esfuerzo se conoce como esfuerzo cortante.

Resistencia del material: esfuerzo cortante
Resistencia de los materiales: esfuerzo cortante

Fórmula de esfuerzo cortante

Esfuerzo cortante = (Fuerza impuesta paralela a las caras superior e inferior) / Área.

Resistencia del material: esfuerzo cortante

Estrés de tracción vs Estrés de corte

Esfuerzo de tracciónEsfuerzo cortante
La fuerza aplicada es perpendicular a la superficie.La fuerza aplicada es paralelo a la superficie.
Se denota por σ.Se denota por τ.

Ecuación de tensión combinada

Mientras estudiamos la resistencia de los materiales en ejemplos de la vida real, podemos tener casos en los que más de un tipo de tensión actúa sobre el material, en ese caso, necesitamos tener una ecuación que pueda combinar diferentes tipos de tensiones.

La siguiente es la ecuación que combina los esfuerzos cortantes y de tracción.

Resistencia del material: Ecuación de tensión combinada

Dónde,

fx= esfuerzo de tracción o compresión en la dirección x

fy= esfuerzo de tracción o compresión en la dirección y

fs= esfuerzos cortantes que actúan sobre las caras en las direcciones xey

f1= Estrés máximo de principio

f2= tensión de tracción mínima

q = esfuerzo cortante máximo

Factor de concentración de estrés

  • En los estudios de Resistencia de Materiales, muchas veces el material sobre el que estamos aplicando Stress no es uniforme. Puede tener algunas irregularidades en su geometría o dentro de la estructura formada por mellas, rayaduras, orificios, filetes, ranuras, etc., lo que provoca que la concentración de esfuerzos sea muy alta en algún punto del material conocido como concentración de estrés or elevador / elevador de estrés.
  • El grado de esta concentración se expresa como la relación entre la tensión máxima y la tensión de referencia, donde la tensión de referencia es la tensión total dentro de un elemento en las mismas condiciones de carga, sin ninguna concentración o discontinuidad.

Fórmula del factor de concentración de estrés:

Concentración de tensión = tensión máxima / tensión de referencia

Resistencia del material: factor de concentración de tensión

¡Haga clic aquí! para más detalles

Factor de seguridad

  • Al estudiar la resistencia de los materiales, siempre hay algunas incertidumbres en los valores medidos de las tensiones; por tanto, el estrés que vamos a considerar para nuestro uso conocido como estrés de trabajo (σw) es siempre menor que el valor experimental de la tensión. En la mayoría de las aplicaciones, consideramos el límite elástico (σy).
  • La tensión de trabajo se determina reduciendo el límite elástico por un factor; ese factor se conoce como factor de seguridad. Por tanto, el factor de seguridad es una relación entre el límite elástico y la tensión de trabajo. Su símbolo es N. Es una cantidad sin unidades.

            Factor de seguridad = límite elástico / estrés laboral

Resistencia del material: factor de seguridad

Deformación de ingeniería

  • El cambio de longitud en algún instante del material por unidad de longitud original (antes de cualquier aplicación de fuerza) se conoce como deformación de ingeniería.
  •  Se denota por ε (Épsilon) o γ (Gama). Es una cantidad sin unidad.

              Deformación de ingeniería = (cambio de longitud) / (longitud original)

Resistencia del material: fórmula de deformación de ingeniería
Resistencia del material: deformación de ingeniería
Resistencia de los materiales: deformación de ingeniería

El coeficiente de Poisson

  • Cuando se aplica tensión de tracción al material, hay un alargamiento a lo largo del eje de carga aplicada y un acortamiento junto con las direcciones perpendiculares a la tensión aplicada. Por lo tanto, la deformación producida en la dirección de la tensión aplicada se conoce como deformación axial y la tensión producida en la dirección perpendicular a la tensión aplicada se conoce como tensión lateral or deformación transversal.
  • La relación de la deformación lateral y la deformación axial se conoce como El coeficiente de Poisson. Se denota por ʋ (nu). Es una constante muy importante para un material determinado.

            Relación de Poisson = - (deformación lateral / deformación axial)

Deje que la carga aplicada esté en la dirección zy la deformación producida en esa dirección sea εx  y el material es isotrópico y homogéneo () entonces la relación de Poisson es

Resistencia del material: fórmula de relación de Poisson
Resistencia del material: relación de Poisson
Resistencia de los materiales: relación de Poisson

Para conocer en detalle la relación de Poisson Visita aquí

Curva tensión-deformación

  • El trazado de la tensión a la deformación proporciona un número considerable de propiedades del material en el estudio de la resistencia de los materiales.
  • La curva de tensión-deformación es la curva de tensión frente a deformación en la que la deformación está en el eje independiente, es decir, el eje xy la tensión está en el eje y, es decir, dependiente. Es una característica importante del material.
  • En la aplicación de carga, se producen dos tipos de deformación en el material dependiendo del valor de deformación, la primera es la deformación elástica y la segunda es la deformación plástica.
Resistencia del material: curva de tensión-deformación
Resistencia de los materiales: curva tensión-deformación

Verdadera curva tensión-deformación

Es una curva de tensión-deformación en la que la tensión verdadera se representa frente a la deformación verdadera. Tanto la tensión como la deformación se basan en mediciones instantáneas. Por lo tanto, se considera el área de la sección transversal instantánea en lugar de la sección transversal original, y se considera la longitud instantánea en lugar de la longitud original.

Deformación elástica

  • La deformación elástica es la deformación en la que el material recupera su forma original al eliminar la fuerza.
  • Esta región tiene un límite proporcional, un límite elástico, un límite de rendimiento superior y un límite de rendimiento inferior.

Módulo de elasticidad | Ley de Hooke

  • Cuando ocurre este tipo de deformación, la tensión en la pieza de metal es casi proporcional a la tensión; por lo tanto, esta deformación se produce como una línea recta en la gráfica Esfuerzo versus deformación, excepto para algunos materiales como hierro fundido gris, hormigón y muchos polímeros.
  • El estrés es proporcional a la tensión a través de esta relación.
Resistencia del material: Ley de Hooke
  • Esto se conoce como Ley de Hooke, donde Y la constante de proporcionalidad se conoce como El módulo de Young or Módulo de Elasticidad. También se denota por E. Es la pendiente de la curva tensión-deformación en el límite elástico. Es una de las leyes más importantes en los estudios de resistencia del material.

Fórmula del módulo de elasticidad

Fórmula del módulo de elasticidad

Su valor es ligeramente más alto para la cerámica que para los metales y el valor es ligeramente más bajo para los polímeros que para los metales. O se requiere que la mayoría de las estructuras tengan deformación solo en el límite elástico; por lo tanto, esta región es bastante importante.

Deformación plastica

  • Si la fuerza aplicada se elimina en esta región, el material no recupera su forma original.
  • La deformación en el material es permanente.
  • En esta región, la ley de Hooke no es válida.
  • Esta región tiene la máxima resistencia a la tracción de los materiales y el punto de rotura.
  • Hay algunos puntos en la curva alrededor de los cuales cambia el tipo de deformación. Estos puntos son muy importantes ya que nos informan sobre las limitaciones y los rangos de material que, en última instancia, son útiles en la aplicación del material.

Límite proporcional

  • Es el punto de la curva hasta el cual la tensión es proporcional a la deformación.
  • Cuando el material se estira más allá del límite de proporcionalidad, la tensión no es proporcional a la deformación, pero aún así, muestra un comportamiento elástico.

Límite elástico

  • Es el punto de la curva hasta el cual el material muestra un comportamiento elástico.
  • Después de este punto, comienza la deformación plástica en el material.
  • Más allá del límite elástico, la tensión hace que el material fluya o ceda.

Límite de elasticidad

Es el punto donde se produce la deformación del material; por tanto, la deformación plástica del material comienza desde este punto.

¿Qué es el límite elástico?

  • La tensión correspondiente al punto de fluencia se conoce como límite elástico—Su resistencia a su deformación plástica.
  • Muchas veces no es posible localizarlo con precisión. La transición elástica-plástica está bien definida y de manera muy abrupta, denominada Fenómeno del punto de fluencia.
  • Punto de rendimiento superior: Es el punto del gráfico en el que se requiere la carga máxima o el Esfuerzo para iniciar la deformación plástica del material.
  • Punto de rendimiento más bajo: Es un punto en el que se requiere una tensión o carga mínima para mantener el comportamiento plástico del material.
  • El límite de rendimiento superior es inestable, pero el límite de rendimiento inferior es estable, por lo que utilizamos un límite de rendimiento más bajo al diseñar los componentes.

Definición de fuerza máxima | Definición definitiva de estrés

  • Después de ceder, a medida que continúa la deformación plástica, alcanza un límite máximo conocido como tensión máxima o resistencia máxima.
  • También se conoce como Resistencia máxima a la tracción (UTS) o resistencia a la tracción. Es el esfuerzo máximo que puede soportar un material en tensión.
  • Toda la deformación hasta este punto es uniforme, pero con esta tensión máxima, comienza a formarse un pequeño estrechamiento del material, este fenómeno se denomina como 'besuqueo'.

Punto de ruptura | Punto de fractura | Punto de ruptura

  • La tensión necesaria para continuar la deformación plástica comienza a disminuir después de la resistencia máxima y finalmente rompe el material en un punto conocido como punto de ruptura o punto de fractura..
  • La tensión del material en el punto de ruptura se conoce como 'resistencia a la rotura'.

Curva tensión-deformación para material quebradizo

Resistencia de los materiales: curva de deformación por tensión para materiales frágiles
Resistencia de los materiales: curva tensión-deformación para material frágil

Curva tensión-deformación para material dúctil

Curva tensión-deformación para material dúctil
Resistencia de los materiales: Material dúctil con curva de tensión-deformación

 Árbitro. - Tensión-deformación

Preguntas y respuestas importantes relacionadas con la resistencia de los materiales

¿Qué es el estrés de ingeniería?

La carga o fuerza instantánea aplicada por unidad de área original de sección transversal (antes de cualquier aplicación de fuerza) se conoce como esfuerzo de ingeniería.

Se denota por σ (sigma). La unidad SI de esfuerzo de ingeniería es N / m2 o Pascal (Pa).

¿Qué es la deformación de ingeniería?

El cambio de longitud en algún instante del material por unidad de longitud original (antes de cualquier aplicación de fuerza) se conoce como deformación de ingeniería.

Se denota por ε (Epsilon) o γ (Gamma). Es una cantidad sin unidad.

¿Qué es la tensión de tracción?

Cuando la fuerza aplicada se aleja del material, la tensión producida se conoce como tensión de tracción.

Resistencia de los materiales: Figura de tensión de tracción
Resistencia de los materiales: tensión de tracción

¿Qué es el estrés compresivo?

Cuando la fuerza aplicada está hacia el objeto, la tensión producida se conoce como tensión de compresión.

Resistencia de los materiales: tensión compresiva

¿Qué es el esfuerzo cortante?

Cuando la fuerza aplicada es paralela al área sobre la que se aplica, el esfuerzo se conoce como esfuerzo cortante.

¿Qué es el factor de seguridad?

Siempre hay algunas incertidumbres en los valores medidos de las tensiones; por tanto, la tensión que vamos a considerar para nuestro uso conocida como tensión de trabajo (σw) es siempre menor que el valor experimental de la tensión. En la mayoría de las aplicaciones, consideramos el límite elástico (σy).

La tensión de trabajo se determina reduciendo el límite elástico por un factor; ese factor se conoce como factor de seguridad. Por tanto, el factor de seguridad es una relación entre el límite elástico y la tensión de trabajo. Su símbolo es N. Es una cantidad sin unidades.

¿Qué es la verdadera curva tensión-deformación?

Es una curva de tensión-deformación en la que la tensión verdadera se representa frente a la deformación verdadera. Tanto la tensión como la deformación se basan en la medición instantánea, por lo que se considera el área instantánea de la sección transversal en lugar de la sección transversal original y la longitud instantánea se considera en lugar de la longitud original.

¿Qué es Breaking Point?

La tensión necesaria para continuar la deformación plástica comienza a disminuir después de la resistencia máxima y finalmente rompe el material en un punto conocido como punto de rotura.

¿Qué es la máxima resistencia a la tracción?

Después de ceder, a medida que continúa la deformación plástica, alcanza un límite máximo conocido como tensión máxima o resistencia máxima, también se conoce como resistencia máxima a la tracción (UTS)

¿Qué es la ley de Hooke? | Explica la ley de Hooke

Cuando ocurre este tipo de deformación, la tensión en la pieza de metal es casi proporcional a la tensión; por lo tanto, esta deformación se produce como una línea recta en la gráfica Tensión versus deformación, excepto para algunos materiales como hierro fundido gris, hormigón y muchos polímeros. El estrés es proporcional a la tensión a través de esta relación.

Esto se conoce como ley de Hooke, donde Y la constante de proporcionalidad se conoce como módulo de Young.

Es una de las leyes más importantes en los estudios de Resistencia de Materiales.

CONCLUSIÓN

En este artículo se explica detalladamente la terminología importante de la resistencia de los materiales, como la tensión de ingeniería, la deformación, la curva de tensión-deformación para materiales dúctiles y frágiles, módulo joven, relación de Poisson, etc. La resistencia de los materiales también se conoce como mecánica de materiales.

Para obtener más información sobre ingeniería mecánica y resistencia de materiales ¡haga clic aquí!

Sobre Rutuja Jadhav

Soy Rutuja Jadhav, un friki curioso y actualmente persigue B.Tech. en Ingeniería Mecánica. Tener un muy buen conocimiento en robótica y modelado 3D. Utilizado para participar en varios concursos de estudiantes principalmente en el campo del automóvil. Miembro activo de SAE (Sociedad de Ingenieros Automotrices).
Mis artículos están dirigidos a simplificar los conceptos básicos de la Ingeniería Mecánica.
Me encanta diseñar nuevos productos, ni un solo producto podría materializarse sin la Ingeniería Mecánica. Partiendo de Idea, Diseño, Modelado, Análisis y finalmente Fabricación, siempre necesitamos ingeniería mecánica para construir todo tipo de productos materialistas.
Por lo tanto, trato de simplificar este conocimiento y entregarlo a los lectores.
Conectémonos a través de LinkedIn: https://www.linkedin.com/in/rutuja-j-592a85124/.

1 pensamiento sobre “Resistencia de los materiales | Todos sus conceptos importantes "

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada.Los campos obligatorios están marcados *