PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS MATERIALES

septiembre 29, 2022

Esfuerzo y resistencia

La resistencia es una propiedad de un material o de un elemento mecánico La resistencia de un elemento depende de la elección, el tratamiento y el procesamiento del material

por ejemplo, un embarque de resortes

El esfuerzo es una propiedad de estado en un punto especifico dentro de un cuerpo, la cual es una función de la carga, la geometría, la temperatura y el proceso de manufactura

Incertidumbre

En el diseño de maquinaria abundan las incertidumbres. Entre los ejemplos de incertidumbres concernientes al esfuerzo y la resistencia están:

La composición del material y el efecto de las variaciones en las propiedades.
Las variaciones de las propiedades de lugar a lugar dentro de una barra de material.
El efecto del procesamiento local, o cercano, en las propiedades.
El efecto de ensambles cercanos, como soldaduras y ajustes por contracción, en las condiciones del esfuerzo.
El efecto del tratamiento termomecánico en las propiedades.
La intensidad y distribución de las cargas.
La validez de los modelos matemáticos que se utilizan para representar la realidad.
La intensidad de las concentraciones de esfuerzos.
La influencia del tiempo sobre la resistencia y la geometría.
El efecto de la corrosión.
El efecto del desgaste.

Existen métodos matemáticos para enfrentar las incertidumbres. Las técnicas básicas

son los métodos determinísticos y estocásticos.

El método determinístico establece un factor de diseño basado en las incertidumbres absolutas de un parámetro de pérdida de función y un parámetro máximo permisible. En ciertos casos el parámetro puede ser la carga, el esfuerzo , la deflexión, etc. Por lo tanto, el factor de diseño n d se define como
Los métodos estocásticos se basan en la naturaleza estadística de los parámetros de diseño y se enfocan en la probabilidad de supervivencia de la función de diseño (esto es, en la confiabilidad).

La densidad de probabilidad se define como el número de ocurrencias dividido entre el número total de muestras.

Resistencia y trabajo en frío

El trabajo en frío es el proceso de deformación plástica por debajo de la temperatura de recristalización en la región plástica del diagrama esfuerzo-deformación unitaria. Los materiales pueden deformarse plásticamente mediante la aplicación de calor, como en la herrería o en el laminado en caliente; pero las propiedades mecánicas resultantes son muy diferentes de las que se obtienen mediante el trabajo en frío. El objetivo de esta sección consiste en explicar lo que sucede a las propiedades mecánicas importantes de un material cuando se trabaja en frío.

Considere el diagrama esfuerzo-deformación unitaria de la figura 2-6a. En ella el material se ha esforzado más allá de la resistencia a la fluencia en y hasta algún punto i, en la región plástica, y después la carga se ha removido. En dicho punto, el material presenta una deformación plástica permanente Ep. Si ahora se aplica de nuevo la carga correspondiente a punto i, el material se deformará elásticamente una cantidad Ee. En este caso, en el punto i la deformación unitaria total consiste en dos componentes Ep y Ee y está dada por la ecuación

Diagrama esfuerzo-deformación unitaria

Este material puede descargarse y volverse a cargar cualquier número de veces desde y hasta el punto i, y se encuentra que la acción siempre ocurre a lo largo de la línea recta que es aproximadamente paralela a la línea elástica inicial Oy. Así,

factor de trabajo en frío W se define como

Deformación unitaria verdadera:

donde

σ = esfuerzo verdadero

σ0 = coeficiente de resistencia, o coeficiente de resistencia a la deformación

ε = deformación unitaria plástica verdadera

m = exponente de resistencia a la deformación

así que se puede mostrar

m = εu

la figura 2-6b, si el punto i se encuentra a la izquierda de u, es decir, si Pi < Pu entonces la nueva resistencia a la fluencia es: S´y

Un análisis superficial revelará que una barra tendrá una carga última en tensión, después de ser endurecida por deformación a la tensión, igual a la que tenía antes. La nueva resistencia es de interés no sólo porque se incrementa la carga estática última, sino porque —como las resistencias a la fatiga están correlacionadas con las resistencias locales últimas— la resistencia a la fatiga se incrementa. Asimismo, la resistencia a la fluencia aumenta, lo que proporciona un intervalo mayor de carga elástica sustentable.