Diseño de Elementos Mecánicos 1RA Parte

TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE JOCOTITLÁN


INGENIERÍA MECATRÓNICA


DISEÑO DE ELEMENTOS MECÁNICOS


UNIDAD I: TEORÍA DE FALLA, CONCENTRACIÓN DE ESFUERZOS Y FATIGA


ELABORÓ:
PABLO ORTIZ ARZATE


REVISÓ: ING. JOSÉ MARTÍNEZ GARCÍA


GRUPO: IR-601


Jocotitlán México a 25 de Junio de 2014

INTRODUCCIÓN

Se conocen como teorías de fallo (o falla)elástico o criterios de fallo (o falla) elástico a los criterios usados para determinar los esfuerzos estáticos permisibles en estructuras o componentes de máquinas. Se utilizan diversas formulaciones, dependiendo del tipo de material que se utiliza.

Más precisamente, una máquina trabaja en ciclos reversibles debe ser diseñada de tal manera que sus tensiones no salgan del dominio elástico. Los criterios de falloelástico establecen diferentes aproximaciones para diferentes materiales que permiten realizar el diseño de manera correcta. La ocurrencia de fallo elástico no implica en muchos casos la rotura de la pieza, ese otro caso requiere el estudio mediante mecánica de la fractura.

Cualquier discontinuidad o cambio de sección, tal como rayas, agujeros, entallas, curvas, cambios de sección o ranuras,constituye una causa de aumento de esfuerzo o «concentrador de esfuerzo». Dará lugar a una concentración de esfuerzo o a un esfuerzo localizado, que es mayor que el esfuerzo promedial o nominal. En algunas situaciones los valores teóricos de la concentración de esfuerzo pueden ser calculados por la teoría de elasticidad, o bien determinados por diversas técnicas experimentales. Entre estas técnicas secuenta el método foto elástico, en el que se utilizan modelos transparentes de varios plásticos.

En ingeniería y, en especial, en ciencia de los materiales, la fatiga de materiales se refiere a un fenómeno por el cual la rotura de los materiales bajo cargas dinámicas cíclicas se produce más fácilmente que con cargas estáticas. Aunque es un fenómeno que, sin definición formal, era reconocidodesde la antigüedad, este comportamiento no fue de interés real hasta la Revolución Industrial, cuando, a mediados del siglo XIX comenzaron a producir las fuerzas necesarias para provocar la rotura con cargas dinámicas son muy inferiores a las necesarias en el caso estático; y a desarrollar métodos de cálculo para el diseño de piezas confiables. Este no es el caso de materiales de aparición reciente,para los que es necesaria la fabricación y el ensayo de prototipos.

1. Denominado ciclo de carga repetida, los máximos y mínimos son asimétricos con respecto al nivel cero de carga.
2. Aleatorio: el nivel de tensión puede variar al azar en amplitud y frecuencia.






OBJETIVOS

Conocer y comparar las teorías más comunes que existen para predecir la falla en materiales utilizados enelementos mecánicos.

Identificar el modo de falla que se tiene de acuerdo a la solicitación del material y el tipo de material utilizado.

Determinar el estado de esfuerzo de una pieza cuando tiene secciones concentradoras de esfuerzos.




































MARCO TEÓRICO

1.1. MODOS DE FALLAS

Llamamos modo de falla al fenómeno omecanismo responsable del evento o condición de falla. En este sentido, los modos de falla que en general pueden afectar a un componente estructural, son:

Inestabilidad elástica (pandeo local o generalizado)
Excesiva deformación elástica
Excesiva deformación plástica (fluencia generalizada)
Inestabilidad plástica (estricción, pandeo plástico)
Fatiga de alto ciclo y bajo ciclo
Corrosión,erosión, corrosión-fatiga, corrosión bajo tensiones, etc.
Creep y creep-fatiga
Fractura rápida (frágil, dúctil, mixta)

(Esto quiere decir que los modos de falla son aquellos que pueden afectar a una pieza de la estructura en la que se trabaja)

Los cuatro primeros modos de falla pueden ser atribuidos fundamentalmente a falencias en el diseño del elemento estructural (excepto en el caso en...