• Author / Uploaded
• Sergio Stalin

Citation preview

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO Facultad de Ingeniería en Sistemas, Electrónica e Industrial “DEBER 9”

Título: - TEORÍA Y CRITERIO DE FALLAS POR CARGAS ESTÁTICAS - TEORÍA Y CRITERIO DE FALLAS POR CARGAS DINÁMICAS Carrera: Ingeniería Industrial en Procesos de Automatización

Área Académica: MECÁNICA

Ciclo Académico y Paralelo: SEXTO “A”

Alumnos participantes: Eugenio Pullutasig Sergio Stalin

Módulo y Docente: DISEÑO DE ELEMENTOS I - Ing. MG. VÍCTOR PÉREZ R.

2018

I.

TEMA

- TEORÍA Y CRITERIO DE FALLAS POR CARGAS ESTÁTICAS - TEORÍA Y CRITERIO DE FALLAS POR CARGAS DINÁMICAS II.

OBJETIVO

Explicar sobre la teoría de fallas por carga estática y dinámica y generar un problema didáctico con cada uno de ellos III.

DESARROLLO

TEORÍA Y CRITERIO DE FALLAS POR CARGAS ESTÁTICAS Una carga estática es una acción estacionaria de una fuerza o un momento que actúan sobre cierto objeto. Para que una fuerza o momento sean estacionarios o estáticos deben poseer magnitud, dirección y punto (o puntos) de aplicación que no varíen con el tiempo [1]. La falla es la pérdida de función de un elemento tanto por deformación (fluencia) como por separación de sus partes (fractura). Los mecanismos de falla dependen de la estructura microscópica del material y de la forma de sus enlaces atómicos. Para predecir la falla de materiales bajo cargas estáticas (se considera carga estática a aquella que no varía su magnitud ni dirección en el tiempo) y poder hacer diseños de elementos de máquinas confiables se han desarrollado varias teorías para grupos de materiales, basándose en observaciones experimentales. Las teorías de falla se dividen en dos grupos [2]:

Ilustración 1 Teorías de fallas

Falla de materiales dúctiles. - Se considera dúctil a un material que en el ensayo de tensión haya tenido más del 5% de deformación antes de la fractura. En los materiales dúctiles se considera que la falla se presenta cuando el material empieza a fluir (falla por deformación). Teoría del Esfuerzo Cortante Máximo. - También conocida como Teoría de Tresca. Establece que la fluencia del material se produce por el esfuerzo cortante, surgió de la observación de la estricción que se produce en una probeta cuando es sometida a un ensayo de tensión.

Teoría de la Energía de Distorsión. - Propuesta por R. Von Misses al observar que los materiales bajo esfuerzos hidrostáticos soportan esfuerzos mucho mayores que sus esfuerzos de fluencia bajo otros estados de carga.

Teoría de Coulomb-Mohr. - Dúctil También conocida como Teoría de la Fricción Interna (IFT). Ésta teoría tiene en cuenta que el esfuerzo de fluencia a tensión (Syt) es diferente al esfuerzo de fluencia a compresión (Syc), donde generalmente Syc > Syt. Se basa en los ensayos de tensión y compresión, y establece que en el plano   la línea tangente a los círculos de Mohr de los ensayos de tensión y compresión al momento de la fluencia es la locación de la falla para un estado de esfuerzos en un elemento [3].

Falla de materiales frágiles. - Se considera frágil a un material que en el ensayo de tensión haya tenido menos del 5% de deformación antes de la fractura. En los materiales frágiles se considera que la falla se presenta cuando el material sufre de separación de sus partes (falla por fractura). Teoría del Máximo Esfuerzo Normal

Teoría de Coulomb-Mohr. - Frágil Se deriva de forma similar a la teoría de Coulomb-Mohr Dúctil sólo que, al tratarse de materiales frágiles, se tienen en cuenta las resistencias últimas del material a la tensión y compresión en lugar de los esfuerzos de fluencia.

TEORÍA Y CRITERIO DE FALLAS POR CARGAS DINÁMICAS Existe una condición en la cual las cargas varían o fluctúan entre ciertos niveles con el tiempo, estas clases de carga que ocurren en elementos de máquinas producen esfuerzos que se llaman esfuerzos variables, repetidos, alternantes o fluctuantes. La mayoría de las fallas de los elementos de máquinas implican condiciones de carga que varían con el tiempo. Sin embargo, las condiciones de carga estática analizadas anteriormente son muy importantes, pues proporcionan la base para comprender el tema de la fatiga. FATIGA. A menudo, se encuentra que los elementos de máquinas han fallado bajo la acción de esfuerzos repetidos; no obstante, el análisis revela que los esfuerzos máximos estuvieron por debajo de la resistencia ultima del material y con mucha frecuencia incluso por debajo de la resistencia de fluencia. La característica más notable de estas fallas consiste en que los esfuerzos se repitieron un gran número de veces. Por lo tanto, a la falla se le llama falla por fatiga. Cuando un elemento falla estáticamente, por lo general desarrollan una deflexión muy grande, puesto que el esfuerzo sobrepasó el limite elástico; por ello, la parte se remplaza antes de que en realidad ocurra la fractura. De esta manera la falla estática proporciona una advertencia visible. Pero una falla por fatiga no proporciona una advertencia. Es repentina y total y, por ende, peligrosa. La fatiga es un fenómeno complejo, consistente en la propagación de grietas en una micro escala al principio, y luego muy rápida a medida que las grietas alcanzan una longitud crítica. Tres factores se requieren para que se dé una falla por fatiga [4]: 1.- Un esfuerzo de tensión suficientemente grande. 2.- Una variación de esfuerzos de suficiente amplitud. 3.- Un número de ciclos de aplicación de la carga suficientemente elevado. Existen otros factores tales como: concentración de esfuerzos, corrosión, esfuerzos residuales, esfuerzos combinados, etc., que pueden alterar la resistencia a la fatiga del elemento. VARIACIÓN DE LOS ESFUERZOS Para realizar cálculos de fallas por fatiga, es necesario conocer que cuando se produce una variación de los esfuerzos a los que está sometida una fibra cualquiera de una pieza, bien sea por cambio de las fuerzas a las que está sometida o por un cambio de posición con respecto a las cargas. La variación de los esfuerzos en función del tiempo, viene definida por las componentes de esfuerzos en base a una forma sinodal. Tales componentes se detallan en la figura y están expresadas por los esfuerzos máximos (σmáx), mínimos (σmín), alternos (σa), medios (σm) y el intervalo de esfuerzos (σr). 1.- Concepto de la Fatiga en los materiales. - Planos de falla y concentraciones de esfuerzo son características fundamentales en los esfuerzos por fatiga [5].

2.- Esfuerzos Cíclicos

3.- Comparación de las fallas por fatiga con respecto a las fallas estáticas. – Las fallas por fatiga suceden a esfuerzos menores que los de fluencia

4.- El papel de la concentración de esfuerzos - Etapas de la falla por fatiga - Iniciación de las grietas - Propagación de las grietas - Fractura súbita. ESFUERZO FLUCTUANTE Son esfuerzos que son funciones del tiempo; pero la variación es tal que la secuencia del esfuerzo se repite. Lo anterior puede observarse en la siguiente figura:

IV.

CONCLUSIONES 



V.

Muchos de los elementos de máquinas, tales como cigüeñales, árboles, ejes, bielas y resortes, son sometidos a cargas variables. El comportamiento de los materiales bajo este tipo de carga es diferente a aquel bajo cargas estáticas El diseño de elementos sometidos a cargas variables debe hacerse mediante una teoría que tenga en cuenta los factores que influyen en la aparición y desarrollo de las grietas, las cuales pueden producir la falla después de cierto número de repeticiones.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] V. BADIOLA, «Cargas Estáticas,» de Diseño de Máquinas 1, DPTO. INGENIERÍA MECÁNICA, ENERGÉTICA Y DE MATERIALES, 2004, pp. 45-54. [2] C. A. D. C. P, «Teorías de falla bajo cargas estáticas,» [En línea]. Available: http://dim.usal.es/eps/im/roberto/cmm/Teorasdefallabajocargasestticas.pdf. [3] I. E. MECÁNICA, «DISEÑO MECÁNICO-TEORÍAS DE FALLAS ESTÁTICAS,» Santiago de Chile, Universidad Santiago de Chile. [4] «TERORIAS DE FALLA POR FATIGA,» [En línea]. Available: http://www.bib.uia.mx/gsdl/docdig/didactic/Ingenierias/dem023.pdf. [5] I. A. Cárdenas, «Diseño Macánico I,» .