concentradores de esfuerzo
Páginas: 12 (2760 palabras)
Publicado: 3 de abril de 2013
Procesos de Fabricación I. Guía 1 1
RESISTENCIA DE
MATERIALES
1
Resistencia de Materiales. Guía 5
Tema: CONCENTRACIÓN DE ESFUERZOS.
Contenidos
Elementos sin concentradores de esfuerzos.
Elementos con concentradores de esfuerzos.
Factores de concentración de esfuerzos.
Objetivos
Específico
Al finalizar la práctica el alumno será capaz de:
Describir
experimentalmenteel
comportamiento
mecánico
de
piezas
piezas
que
sin
concentradores de esfuerzos a tensión.
Describir
experimentalmente
el
comportamiento
mecánico
de
poseen
concentradores de esfuerzos y se someten a tensión.
Cuantifica el factor de concentración de esfuerzos.
Comparar
los
valores
de
factores
de
concentración
de
esfuerzosobtenidos
experimentalmente con datos de tablas o gráficos obtenidos de la bibliografía.
Discutir los resultados obtenidos y formular conclusiones pertinentes.
Marco Teórico
Al determinar los esfuerzos en miembros estructurales cargadas axialmente, usamos
la fórmula básica
= P/A, en donde P es la fuerza axial aplicada al miembro y A es
su área transversal. Esta fórmula se basa en lahipótesis 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
patrón
uniforme
de
esfuerzos.
Esasdiscontinuidades 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.
2
Resistencia de Materiales. Guía 5
Las concentraciones de esfuerzos aparecen también en los puntos de carga; por
ejemplo, una carga concentrada rara vez está uniformemente distribuida sobre unasección transversal; 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 p ueden establecerse
por métodosexperimentales o métodos avanzados de análisis, incluido el método de
elementos finitos. Los resultados de tales investigaciones para muchos casos de
interés práctico pueden consultarse en la literatura técnica.
El análisis de los concentradores de esfuerzo es indispensable en piezas sometidas
a fatiga. En un ensayo de tensión común, no necesariamente produce un efecto
cuantificable ya que esa zonaexperimenta un aumento de resistencia por deformación
plástica, pero es interesante observar que la fisura comienza precisamente en la
discontinuidad. Este efecto se observa claramente en una barra sometida a tensión
(tal como estudiamos en la gráfica del laboratorio 1, después de la resistencia de
fluencia)
Factores de concentración de esfuerzos
Consideremos
ahora
algunos
casosparticulares
de
concentraciones
de
esfuerzos
causadas por discontinuidades en la sección transversal de una placa. Comenzamos
con la placa de sección transversal 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: Placacon un concentrador de esfuerzos.
El esfuerzo normal que actúa sobre la sección transversal a través del centro del
agujero tiene la distribución ilustrada en la figura b. El esfuerzo máximo
máx
ocurre
el
en
los
bordes
esfuerzo nominal
del
agujero
y
puede
ser
considerablemente
mayor
que
= P/ct en la misma sección transversal. (Nótese que ct es...
RESISTENCIA DE
MATERIALES
1
Resistencia de Materiales. Guía 5
Tema: CONCENTRACIÓN DE ESFUERZOS.
Contenidos
Elementos sin concentradores de esfuerzos.
Elementos con concentradores de esfuerzos.
Factores de concentración de esfuerzos.
Objetivos
Específico
Al finalizar la práctica el alumno será capaz de:
Describir
experimentalmenteel
comportamiento
mecánico
de
piezas
piezas
que
sin
concentradores de esfuerzos a tensión.
Describir
experimentalmente
el
comportamiento
mecánico
de
poseen
concentradores de esfuerzos y se someten a tensión.
Cuantifica el factor de concentración de esfuerzos.
Comparar
los
valores
de
factores
de
concentración
de
esfuerzosobtenidos
experimentalmente con datos de tablas o gráficos obtenidos de la bibliografía.
Discutir los resultados obtenidos y formular conclusiones pertinentes.
Marco Teórico
Al determinar los esfuerzos en miembros estructurales cargadas axialmente, usamos
la fórmula básica
= P/A, en donde P es la fuerza axial aplicada al miembro y A es
su área transversal. Esta fórmula se basa en lahipótesis 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
patrón
uniforme
de
esfuerzos.
Esasdiscontinuidades 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.
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Resistencia de Materiales. Guía 5
Las concentraciones de esfuerzos aparecen también en los puntos de carga; por
ejemplo, una carga concentrada rara vez está uniformemente distribuida sobre unasección transversal; 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 p ueden establecerse
por métodosexperimentales o métodos avanzados de análisis, incluido el método de
elementos finitos. Los resultados de tales investigaciones para muchos casos de
interés práctico pueden consultarse en la literatura técnica.
El análisis de los concentradores de esfuerzo es indispensable en piezas sometidas
a fatiga. En un ensayo de tensión común, no necesariamente produce un efecto
cuantificable ya que esa zonaexperimenta un aumento de resistencia por deformación
plástica, pero es interesante observar que la fisura comienza precisamente en la
discontinuidad. Este efecto se observa claramente en una barra sometida a tensión
(tal como estudiamos en la gráfica del laboratorio 1, después de la resistencia de
fluencia)
Factores de concentración de esfuerzos
Consideremos
ahora
algunos
casosparticulares
de
concentraciones
de
esfuerzos
causadas por discontinuidades en la sección transversal de una placa. Comenzamos
con la placa de sección transversal 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: Placacon un concentrador de esfuerzos.
El esfuerzo normal que actúa sobre la sección transversal a través del centro del
agujero tiene la distribución ilustrada en la figura b. El esfuerzo máximo
máx
ocurre
el
en
los
bordes
esfuerzo nominal
del
agujero
y
puede
ser
considerablemente
mayor
que
= P/ct en la misma sección transversal. (Nótese que ct es...
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