predicción de fallas mecanicas

Héctor Arturo Torres Ramírez
Predicciones de falla
Las fallas son el resultado de una deformación que excede la capacidad de un material de
mantener su integridad frente a los esfuerzos que se ejercen por efecto de fuerzas físicas a
las que es sometido.
El diseñador debe comprender la naturaleza de las fallas para poder determinar
eventualmente cuando y de que magnitud serán. Pues es el, elresponsable de la selección y
el diseño mas adecuado de las piezas y materiales.
Para poder predecir las fallas se han desarrollado métodos para diversos casos.
Los factores mas importantes siempre serán, la naturaleza de la carga (estática, repetida,
invertida o fluctuante), el tipo de material, la cantidad de actividad de diseño y el análisis
que se puede justificar con la naturaleza delcomponente o producto que diseñe.
El objetivo del proceso de diseño es llegar a un factor de diseño (N) adecuado que garantice
la seguridad del componente o producto que se diseñe. Esto se logra cuando la resistencia
del material es mayor a los esfuerzos aplicados.
Métodos de predicción de falla
Esfuerzo normal máximo (para esfuerzo estático uniáxial en materiales frágiles)
Se plantea que unmaterial se rompe cuando el esfuerzo normal máximo (tensión o
compresión) es mayor a la resistencia ultima del material. Dicha resistencia se obtiene con
pruebas.
El uso de esta teoría es limitado pues se aplica únicamente a materiales frágiles que se
someten a compresión o tensión estática pura y uniáxial. Para su uso se debe aplicar
cualquier factor por concentración de esfuerzo en laregión de interés, pues los materiales
frágiles no cede, en consecuencia no pueden redistribuir el esfuerzo aumentado.

Formulas 5-9 y 5-10 de diseño de elementos mecánicos Robert L. Mott

Muchos materiales frágiles tienen mas resistencia a la compresión que a la tensión, por
ejemplo el hierro gris.
Mohr modificado (esfuerzo estático biaxial en materiales frágiles)
Cuando se aplican esfuerzos enmas de una dirección, o varios al mismo tiempo o se aplican
al mismo tiempo esfuerzo normal y cortante, es necesario calcular los esfuerzos principales

σ1 y σ2 mediante el circulo de mohr. Se deben incluir las concentración de esfuerzos a los
esfuerzos aplicados antes de preparar el caculo de mohr para materiales frágiles.
Por seguridad, la combinación de dos esfuerzos principales debeestar por dentro del área
que se muestra en la figura:

Figura 5-12 diseño de elementos mecánicos Robert L. Mott

Esta grafica representa el esfuerzo máximo principal de

σ1, en el eje horizontal, mientas a

σ2 en el eje vertical. Los criterios de falla dependen del cuadrante donde están los
esfuerzos principales, el primer cuadrantes ambos esfuerzos principales son de tensión y
hay unaposibilidad de falla cuando alguno rebasa el esfuerzo ultimo de tensión Sut del
material de igual manera en el tercer cuadrante ambos esfuerzos son de compresión y se
predice la falla cuando alguno rebasa el esfuerzo ultimo de compresión Suc del material. Las
líneas de falla para el segundo y cuarto cuadrante son mas completas y se han deducido de
forma semi-empirica.
Para el diseño, debido alas muchas y distintas formas y dimensiones de las zonas seguras de
esfuerzo (en la figura 5-12) se sugiere trazar una grafica aproximada de los datos del
diagrama de mohr modificado con los datos reales de la resistencia del material, entonces se

σ σ

puede graficar valores reales de 1 y 2 para asegurar que estén dentro de la zona segura
de esfuerzo.
Una línea de carga ayuda a determinarN, el factor de diseño con el diagrama de mohr
modificado se establece la hipótesis de que los esfuerzos aumentan proporcionalmente al
aumento de las carga.
Resistencia de fluencia (esfuerzo estático uniáxial el materiales dúctiles)
Es una aplicación sencilla del principio de fluencia cuando el componente soporta una carga
de tensión compresión directa en forma parecida a las condiciones...