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• nicoka50

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PROBLEMA 3:

El accesorio que se muestra en la figura está hecho de acero 1018 laminado en caliente con 12 mm de espesor. La fuerza estática es de 100 kN y el elemento tiene 75 mm de ancho. Especifique las partes soldadas (proporcione el patrón, el número de electrodo, el tipo de soldadura, la longitud de la soldadura y el tamaño del cateto).

Figura 3.1 – Esquema del accesorio

Para la resolución del problema, se tuvieron en cuenta las siguientes consideraciones: • • • •

Los materiales responden a la Ley de Hooke; Las cargas actúan sobre el centro geométrico de la pieza; Las cargas externas son soportadas en el área de la garganta de la soldadura; Se emplean las tablas y ecuaciones de “Diseño en Ingeniería Mecánica de Shigley” Octava Edición.

De la Tabla A-20 del Shigley determinamos que la resistencia última y la de fluencia para un acero AISI 1018 HR son, respectivamente: 𝑆𝑢𝑡 = 400𝑀𝑃𝑎

𝑆𝑦 = 220𝑀𝑃𝑎

Con estos valores seleccionamos de la Tabla 9-3 del Shigley el electrodo E6010, cuya resistencia ultima y de fluencia son, respectivamente: 𝑆𝑢𝑡𝐸 = 427𝑀𝑃𝑎

𝑆𝑦𝐸 = 345𝑀𝑃𝑎

Según el código ASCI, los esfuerzos permisibles para material de aporte (Tabla 9-4 del Shigley), tenemos que para una carga estática y soldadura de filetes el esfuerzo permisible es el 30% de la resistencia última, y a su vez el esfuerzo cortante permisible en el metal base no debe exceder del 40%, por tanto, se toma el mínimo valor entre estos dos, teniendo de esta manera: 0.3 ∗ 𝑆𝑢𝑡 = 0.3 ∗ 400𝑀𝑃𝑎 = 120𝑀𝑃𝑎 𝜏 = { 0.4 ∗ 𝑆 = 0.4 ∗ 220𝑀𝑃𝑎 = 88𝑀𝑃𝑎 → 𝜏𝑃𝑒𝑟 = 88𝑀𝑃𝑎 𝑦 Cabe destacar que se emplean las resistencias del metal base debido a que, como los valores de resistencia última y de fluencia del material de aporte son mayores que el metal base, por lo tanto, la verificación se lleva a cabo con el material base. Para cargas estáticas, consideramos que los filetes paralelos y transversales son iguales, teniendo de esta manera que las longitudes de cada filete serán iguales a 75mm. Entonces, tendremos que la longitud total de soldadura será igual al número de filetes por la longitud de 75mm, tendremos que: 𝐿 =𝑛∗𝑙 Sabemos que el esfuerzo actuante en la pieza esta dado por la Ecuación 9-3 del Shigley: 𝜏=

𝐹 𝐹 = 0.707 ∗ ℎ ∗ 𝐿 0.707 ∗ ℎ ∗ 𝑛 ∗ 𝑙

Donde F es la carga actuante sobre la pieza igual a 100kN; h es la longitud del cateto; n es el número de filetes a realizar; y l es la longitud de cada filete igual a 75mm. Si consideramos 3 filetes, las partes que se realizará la soldadura serán los segmentos AB, BC y CD, presentes en la Figura 3.1. Igualando esta expresión al esfuerzo permisible ya calculado, despejando h: ℎ=

𝐹 = 7.13𝑚𝑚 0.707 ∗ 𝑛 ∗ 𝑙 ∗ 𝜏𝑃𝑒𝑟

Empleando la Tabla A-17 del Shigley, determinamos que la longitud del cateto debe ℎ = 8𝑚𝑚. Por lo tanto: • • • • •

3 cordones de soldadura Los segmentos a soldar serán AB, BC y CD; Electrodo E6010; Soldadura de filete con longitud igual a 75mm; Tamaño del cateto igual a 8mm.