Ensayo Teoria De Fallas

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ
Diseño de elementos mecánicos

Teorías de Falla y Fatiga

24/04/2012
Ingeniería Mecatrónica
Galván Gómez Iván Alexis E08021124

Introducción

La falla de un elemento se refiere a la pérdida de su funcionalidad, es decir cuando una pieza o una máquina dejan de ser útiles.
Esta falta de funcionalidad se dar por:
* Rotura
* DistorsiónPermanente
* Degradación
* Etc.

La rotura o la degradación permanente se deben a que los esfuerzos soportados son mayores que la resistencia del material de fabricación. Para poder determinar para qué cantidad de esfuerzo aplicado se producirá una falla, se utilizan algunas teorías de falla.
Se conocen como teorías de fallo/a o criterios de fallo/a a los criterios usados para determinar losesfuerzos estáticos permisibles en estructuras o componentes de máquinas. Se utilizan diversas formulaciones, dependiendo del tipo de material que se utiliza. Todas las teorías de falla se basan en la comparación del esfuerzo actuante contra el resultante aplicado en una prueba uniaxial de tensión o compresión.
Algunas de las teorías de fallo son aplicables para materiales dúctiles mientras queotras están específicamente diseñadas para materiales frágiles por lo que antes de abordarlas sería pertinente definir la fragilidad y la ductilidad, así como las diferencias entre las mismas. Empecemos por definir el esfuerzo ya que todo este estudio está basado en ellos.
Cuando los momentos de falla se someten a un estado de esfuerzo uniaxial la falla se define con facilidad, como en el caso de latensión simple; sin embargo, si el miembro se somete a esfuerzos biaxiales o triaxiales, es más difícil establecer el criterio de falla.

Esfuerzos y Deformación

Esfuerzo
Se denomina esfuerzo a la fuerza por unidad de área, la cual se denota con la letra σ (sigma) y es un parámetro que permite comparar la resistencia de dos materiales ya que establece una base común de referencia.
Lasfuerzas internas de un elemento están ubicadas dentro del material por lo que se distribuyen en toda el área, a esto le llamamos esfuerzo.

Deformación
La resistencia del material no es el único parámetro que debe utilizarse al diseñar o analizar una estructura; controlar las deformaciones para que la estructura cumpla con el propósito para el cual se diseño tiene la misma o mayor importancia. Elanálisis de las deformaciones está relacionado con los cambios en la forma de la estructura que generan las cargas aplicadas.
El diseño de los elementos implica determinar la rigidez y resistencia del material. Estas propiedades se pueden relacionar si se evalúa una barra sometida a una fuerza acial para la cual se registra simultáneamente la fuerza aplicada y el alargamiento producido. Estosvalores permiten obtener el esfuerzo y la deformación máxima que se pueden graficar para obtener una relación más detallada.
Los diagramas son similares si se trata del mismo material y de manera general permiten agrupar los materiales dentro de dos categorías con propiedades afines que se denominan materiales frágiles y materiales dúctiles.

Figura [ 1 ]: Grafica Esfuerzo-Deformación
FragilidadLa fragilidad se relaciona con la cualidad de los objetos y materiales de romperse con facilidad. Aunque técnicamente la fragilidad se define más propiamente como la capacidad de un material de fracturarse con escasa deformación, a diferencia de los materiales dúctiles que se rompen tras sufrir acusadas deformaciones plásticas.
La rotura frágil tiene la peculiaridad de absorber relativamente pocaenergía, a diferencia de la rotura dúctil, ya que la energía absorbida por unidad de volumen viene dada por:

Si un material se rompe prácticamente sin deformación las componentes del tensor deformación resultan pequeñas y la suma anterior resulta en una cantidad relativamente pequeña.
Se considera frágil a un material que en el ensayo de tensión haya tenido menos del 5%de deformación antes...