factor de concentración de esfuerzo

Instituto Universitario de Tecnología
“Antonio José de Sucre”
Extensión, Maracaibo











Bachilleres:
Andys Rodríguez, C.I 19.745.029
Arístides Ferrer, C.I 16.187.478
Prof. José Segovia

Maracaibo, Febrero de 2013.
Introducción

Al determinar los esfuerzos en miembros estructurales cargadas axialmente, usamos la fórmula básica s = P/A, en donde P es la fuerza axialaplicada al miembro y A es su área transversal. Esta fórmula se basa en la hipótesis de que la distribución de esfuerzos es uniforme. En la sección transversal. En realidad, a fin de interactuar con otras piezas, los miembros de una máquina necesitan tener agujeros, ranuras, muescas, chaveteros, filetes, cuerdas u otros cambios suaves o abruptos en su geometría que crean perturbaciones en el patrónuniforme de esfuerzos. Esas discontinuidades en la geometría causan altos esfuerzos en regiones muy pequeñas del miembro y se conocen como concentraciones de esfuerzos. Las discontinuidades se denominan elevadores de esfuerzos.
Las concentraciones de esfuerzos aparecen también en los puntos de carga; por ejemplo, una carga concentrada rara vez está uniformemente distribuida sobre una seccióntransversal; es más probable que actúe sobre una pequeña área y produzca altos esfuerzos en la región alrededor de su punto de aplicación. Un ejemplo es una carga aplicada a través de una conexión de pasador, en cuyo caso la carga se aplica sobre el área de aplastamiento de éste.
Los esfuerzos que existen en las concentraciones de esfuerzos pueden establecerse por métodos experimentales o métodosavanzados de análisis, incluido el método de elementos finitos.
El análisis de los concentradores de esfuerzo es indispensable en piezas sometidas a fatiga.







Factores de concentración de esfuerzos

Consideremos ahora algunos casos particulares de concentraciones de esfuerzos causadas por discontinuidades en la sección transversal de una placa. Comenzamos con la placa de seccióntransversal rectangular que tiene un agujero circular y está sometida a una fuerza de tensión P (Fig. 1).
La placa es relativamente delgada con el ancho b mucho mayor que el espesor t. El agujero tiene un diámetro d.

Figura 1: Placa con un concentrador de esfuerzos.

El esfuerzo normal que actúa sobre la sección transversal a través del centro del agujero tiene la distribución ilustradaen la figura b. El esfuerzo máximo smáx ocurre en los bordes del agujero y puede ser considerablemente mayor que el esfuerzo nominal s = P/ct en la misma sección transversal. (Nótese que ct es el área neta en la sección transversal que pasa por el agujero.) La intensidad de una concentración de esfuerzos suele expresarse como la razón del esfuerzo máximo
al esfuerzo nominal, llamada factor deconcentración de esfuerzos K:
K = smáx / snom
Para una placa en tensión, el esfuerzo nominal es el esfuerzo promedio basado en el área neta de la sección transversal. En otros casos, pueden usarse diversos esfuerzos. Ahora bien, siempre que se use un factor de concentración de esfuerzos, es importante notar con cuidado cómo está definido el esfuerzo nominal.
Los factores de concentración deesfuerzos para otros dos casos de interés práctico se dan en las figuras 2 y 3. Estas graficas son para barras planas y barras circulares, respectivamente, que están escalonadas en tamaño con un filete de transición. Para reducir los efectos de la concentración de esfuerzos, se usan filetes para redondear las esquinas entrantes. Sin éstos, los factores de concentración de esfuerzos serían extremadamentegrandes, como se indica en el lado izquierdo de cada grafica, donde K tiende a infinito conforme el radio R del filete tiende a cero. En ambos casos, el esfuerzo máximo ocurre en la parte más pequeña de la barra, en la región del filete.
Un filete es una superficie curva cóncava formada por dos superficies de diferente dimensión que se encuentran, sin una discontinuidad brusca.
Nota: Los...