Torsion

(Guía Laboratorio Mecánica de Materiales)

TORSION

ENSAYO DE TORSION

OBJETIVOS
Analizar el comportamiento de los materiales metálicos al ser sometidos a un esfuerzo de Cortante o
de torsión.
Reconocer y determinar de manera práctica las distintas propiedades mecánicas de los materiales
sometidos a esfuerzos de torsión.
Reconocer y diferenciar los estados zona elástica y zona plásticade los metales para dicho esfuerzo.
Construir e interpretar la gráfica Esfuerzo Cortante Vs Deformación Angular unitaria para el ensayo
de torsión.
Calcular el modulo de rigidez, limite elástico. y Compararlo con distintos tipos de materiales.
Medir la resistencia a fluencia o esfuerzo de fluencia de los materiales.
Observar y reconocer las posibles diferencias que presentan los diversosmateriales en cuanto a
ductilidad y fragilidad (en cuanto a su tolerancia a la deformación).
Analizar cómo es el comportamiento de las secciones transversales en la prueba y determinar el tipo
de ruptura que se presenta en dicho ensayo
INTRODUCCIÓN
Muchos materiales cuando están en servicio están sujetos a fuerzas o cargas. En tales condiciones es necesario
conocer las características delmaterial para diseñar el instrumento donde va a usarse de tal forma que los
esfuerzos a los que vaya a estar sometido no sean excesivos y el material no se fracture. El comportamiento
mecánico de un material es el reflejo de la relación entre su respuesta o deformación ante una fuerza o carga
aplicada. El ensayo de torsión se aplica en la industria para determinar constantes elásticas y propiedadesde los
materiales. También se puede aplicar este ensayo para medir la resistencia de soldaduras, uniones, adhesivos,
etc.
La torsión en sí se refiere a un desplazamiento circular de una
determinada sección transversal de un elemento cuando se aplica
sobre éste un momento torsor o una fuerza que produce un
momento torsor alrededor del eje. La torsión se puede medir
observando la deformaciónque produce en un objeto un par
determinado. Por ejemplo, se fija un objeto cilíndrico de
longitud determinada por un extremo, y se aplica un par de
fuerzas al otro extremo; la cantidad de vueltas que dé un
extremo con respecto al otro es una medida de torsión. Los
materiales empleados en ingeniería para elaborar elementos de
máquinas rotatorias, como los cigüeñales y árboles motores,
debenresistir las tensiones de torsión que les aplican las cargas
que mueven.
La deformación plástica alcanzable con este tipo de ensayos es mucho mayor que en los de tracción
(estricción) o en los de compresión.

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TORSION

DEFINICIÓN DE ESFUERZO CORTANTE Y DEFORMACIÓN ANGULAR
Si una probeta cilíndrica de longitud L es
sometida a un torque T, elángulo de torsión
está dado por la siguiente ecuación:

=

TL
G Ip

En donde G es el módulo de corte del
material de la probeta e es el momento de
inercia polar de la sección transversal de
dicha probeta.
F
f
igura1
Sobre la base de la ecuación anterior, se puede
determinar experimentalmente el módulo de corte
G del material constituyente de la probeta.

G=

TL
Ip

Si losesfuerzos cortantes no sobrepasan el límite
de proporcionalidad, dicho esfuerzo se distribuye
linealmente, es cero en el eje central de la probeta y
tiene un valor máximo en la periferia.
Figura 2

En la figura anterior se indica la distribución de esfuerzos cortantes, en una sección transversal cualquiera, de
una probeta de sección cilíndrica sometida a torsión. En este caso, el valor delesfuerzo cortante es igual a:

=

T
Wp

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Siendo

Donde:

TORSION

el módulo resistente a la torsión y está definido por:

I polar

1
πd 4
32

Wp =

1
I
R polar

1
πR 4
2

Siendo d el diámetro de la probeta, por lo tanto d = 2R.

Reemplazando el momento de inercia polar, en función del radio, se obtiene la siguiente...