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1.13 Círculo de Mohr para deformaciones
1.13. Círculo de Mohr para deformaciones
Construcción del círculo de Mohr para deformaciones:
1. Dibujo de un sistema de ejes coordenados con como abscisa, positivo hacia la derecha,
y como ordenada, positivo hacia abajo.
2. Localice el centro del círculo en el punto con coordenadas y = 0.
= +
2
3. Localice el punto A que representa las condiciones de deformación sobre la cara 1del
elemento mostrado en la Fig. (1.50), marcando sus coordenadas = y . Note que el
punto corresponde a = 0.
4. Localice el punto B que representa las condiciones de deformación sobre la cara del elemento
mostrado en la Fig. (1.50) , trazando sus coordenadas = y −. Observe que el punto sobre el círculo corresponde a = 90.
5. Dibuje una línea del punto al . Esta línea es un diámetro del círculo y pasa por el
centro . Los puntos y , que representan las deformaciones sobre los planos a 90 uno
del otro, que están en extremos opuestos del diámetro y, por lo tanto, están a 180 uno del
otro sobre el círculo.
6. Con el punto como centro, trace el círculo de Mohr por los puntos y . El círculo
dibujado de esta manera tiene radio .
=
sµ −
2
¶2+ 2
7. Cálculo de las deformaciones principales y ubicación en la fig. (1.50)
ε12 = ±
8. Cálculo del ángulo de la ec. (1.65)
2 = tan
µ2
−
¶9. Cálculo del la deformación cortante máxima, max, y del ángulo .
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Figura 1.50: Trazo círculo de Mohr para deformaciones.
max =
Nota: En el círculo de Mohr para deformaciones, algunos autores, utilizan la deformación angu-
lar, 2, en lugar de la deformación por cortante , que están relacionadas como:
=
2(1.115)
1.13.1. Ejemplo
En un punto de la superficie plana de un sólido se colocan tres deformímetros extensométricos
como se muestra en la Fig. 1.51.Después de someter el sólido a la acción de cargas se registran
las siguientes deformaciones unitarias:
= 0006; = 0004; y = −0008; (1.116)
Figura 1.51: Arreglo de deformímetros.
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Calcular la deformación angular definida por el ángulo recto de los deformímetros a y b, las
deformaciones y sus direcciones principales , así como la deformación cortante máxima.
Calculo de la deformación angular
Al expresar los ejes cartesianos (,), como los ejes definidos, respectivamente, por los defor-
mímetros a y b, las deformaciones se definen como:
= = 0006
= = 0004
= = −0008 =
12
(1.117)
Expresando la deformación como la proyección de las otras deformaciones.
= n · ε · n (1.118)
donde el vector normal es:
n =
"cos(90◦ + )
cos
#(1.119)
y el tensor de deformaciones:
ε =
"
#(1.120)
sustituyendo las ecs. (1.119) y (1.120) en la ec. (1.118)
=hcos(90◦ + ) cos
i "
#cos(90◦ + )
cos
= cos2(90◦ + ) + cos
2 + 2 cos(90◦ + ) cos (1.121)
sustituyendo los valores de la ec. (1.117) en la (1.121)
−0008 = 0006 cos2(135◦) + 0004 cos2(45◦) + 2 cos(135◦) cos(45◦)
obteniéndose el valor de la deformación por cortante;
= 0013
La deformación angular, , se calcula de la ec. (1.115):
= 2 = 0026 (1.122)
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Calculo de deformaciones principales
El tensor de deformaciones es:
ε =
"0006 0013
0013 0004
#Cálculo del centro
=0006 + 0004
2= 0005
Cálculo del radio
=
sµ0006− 0004
2
¶2+ (0013)2 = 001304
Cálculo de las deformaciones principales y ubicación en la fig. (1.52)
1 = 0005 + 0013 = 0018
2 = 0005− 0013 = −0008
Figura 1.52: Trazo Mohr.
El ángulo se calcula
=1
2tan−1
µ2(0013)
0006− 0004¶= 4280◦
La deformación cortante máxima, max, corresponde al radio del círculo:
max = = 0013
el ángulo es:
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= 22◦
Las deformaciones principales y por cortante máximo se muestran en la fig. 1.53.
Figura 1.53: Deformaciones principales y cortantes máximas.
1.13.2. Ejemplo
Una roseta con deformímetros espaciados un ángulo , mostrada en la Fig. 1.54a, se adhiere
a una superficie libre de un sólido. Bajo la deformación del sólido, las deformaciones lineales
medidas por los deformímetros a, b y c son, respectivamente, , y . 1) Derive la ecuaciones
para determinar las componentes de deformación en términos de , y en función de
las deformaciones medidas , y . 2) Determine los resultados del inciso 1 para rosetas
Rectangulares, = 45◦,Fig. 1.55a ,y Delta , = 60◦, Fig. 1.55b.
Figura 1.54: Deformaciones principales y cortantes máximas.
1) Los vectores normales con los cosenos directores, Fig. 1.54b, son:
n =
"1
0
#; n =
"cos
sin
#; n =
"cos 2
sin 2
#;
La proyección del tensor de deformaciones sobre una dirección dada por un vector normal se
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Figura 1.55: Rosetas tipo: a) Rectangulares y b) Delta.
determina como:
= n · ε · n
Por lo que la proyección del tensor de deformaciones sobre las direcciones a, b y c son:
= n·ε · n= = n·ε · n= cos2 + sin
2 + 2 cos sin (1.123)
= n·ε · n= cos2 2 + sin2 2 + 2 cos 2 sin 2
La ecuación anterior puede escribirse como:⎡⎢⎢⎣
⎤⎥⎥⎦ =⎡⎢⎢⎣
1 0 0
cos2 sin2 cos sin
cos2 2 sin2 2 cos 2 sin 2
⎤⎥⎥⎦⎡⎢⎢⎣
⎤⎥⎥⎦ (1.124)
Resolviendo el sistema anteior para , y , se tiene:
=
=( − 2) sin 4 + 2 sin 2
4 sin2 sin 2(1.125)
=2
¡sin2 cos2 2 − sin2 2 cos2 ¢+ 2 ¡ sin2 2 − sin
2 ¢
4 sin2 sin 2
1) Para el caso de Rosetas tipo Rectangular , = 45◦, se tienen las siguientes relaciones cos =
1√2, sin = 1
√2, cos 2 = 0 y sin 2 = 1, que sustituyéndolas en la ec. (1.125) se tiene:
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=
= (1.126)
= − 12( + )
2) Para el caso de Rosetas tipo Delta , = 60◦, se tienen las siguientes relaciones cos = 12,
sin =√32, cos 2 = +12 y sin 2 =
√32, que sustituyéndolas en la ec. (1.125) se tiene:
=
=2 ( + )−
3(1.127)
= − √
3
1.13.3. Ejemplo
El desplazamiento en un sólido está dado por el siguiente vector:
u =
⎡⎢⎢⎣
⎤⎥⎥⎦ =⎡⎢⎢⎣
+ 2
4√2+ 3
⎤⎥⎥⎦ 10−31) Determine el tensor de deformación y 2) las deformaciones y respectivas direcciones principales.
Las componentes del vector de deformación se calculan con las siguientes derivadas:
== 1 · 10−3 =
12
³+
´= 0
== 1 · 10−3 =
12
¡+
¢= 4√
2· 10−3
== 3 · 10−3 =
12
³+
´= 1 · 10−3
El tensor de deformación es:
ε =
⎡⎢⎢⎣1 0 4√
2
0 1 14√21 3
⎤⎥⎥⎦ 10−3Las deformaciones principales, mostradas en la Fig. 1.56b, tiene las siguientes magnitudes:
1 = 5 · 10−3, 2 = 1 · 10−3, 3 = −1 · 10−3
Las direcciones principales, mostradas en la Fig. 1.56b, correspondientes a cada deformación
principal son:
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v1 =
⎡⎢⎢⎣0551
0195
0811
⎤⎥⎥⎦ ; v2 =⎡⎢⎢⎣−03330943
0
⎤⎥⎥⎦ ; v3 =⎡⎢⎢⎣−0765−02700585
⎤⎥⎥⎦ ;
Figura 1.56: Representación de valores principales: a) direcciones y b) deformaciones.
1.13.4. Tarea
1) De las ecs. (1.126) y (1.127) determine las expresiones de deformaciones y direcciones princi-
pales para rosetas Rectangulares y tipo delta en función de , y
12 = +
2±sµ
−
2
¶2+ 2
2 = tan
µ2
−
¶2) En una Roseta rectangular se obtuvieron las siguientes deformaciones:
= 552 · 10−4; = 1286 · 10−4; y = 1301 · 10−4; (1.128)
Determine:
a) las deformaciones , y .
b) las deformaciones 1, 2 y max.
c) direcciones principales.
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