5/24/2018 Esfuerzos Reales e Ingenieriles

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Tarea 1:CRITERIOS DE LOS MODOS DE

FALLA DE FLUENCIA Y DE

INESTABILIDAD:

Modos de falla.

Llamamos modo de falla al fenmeno o mecanismo responsable del evento o condicin de

falla. En este sentido, los modo de falla que en general pueden afectar a un componenteestructural, son:

Inestabilidad elstica (pandeo local o generalizado) Excesiva deformacin elstica

Excesiva deformacin plstica (fluencia generalizada)

Inestabilidad plstica (estriccin, pandeo plstico)

Fatiga de alto ciclo y bajo ciclo Corrosin, erosin, corrosin-fatiga, corrosin bajo tensiones, etc.

Creepy creep-fatiga

Fractura rpida (frgil, dctil, mixta)

Los cuatro primeros modos de falla pueden ser atribuidos fundamentalmente a falencias en

el diseo del elemento estructural (excepto en el caso en que la falla se produzca como

consecuencia de una carga superior a las mximas previstas en el diseo). Los cuatro modosmencionados en ltimo trmino, si bien pueden ser causados por un diseo incorrecto,

obedecen muchas veces a factores introducidos durante las etapas de fabricacin del

elemento. En particular los problemas de fatiga, corrosin y fractura rpida suelen estarestrechamente relacionados con las operaciones de soldadura que se hayan utilizado .

Excesiva deformacin e inestabilidad elstica.

El modo de falla por excesiva deformacin elstica se produce por ejemplo cada vez queuna pieza que debe mantener sus dimensiones dentro de ciertos lmites, sufre una

deformacin elstica que hace que aquellas excedan el valor admisible, conduciendo a

problemas de interferencia tales como atascami ento o a deflexiones excesivas. En el caso de

uniones soldadas, la recuperacin elstica que sigue a la liberacin de una piezainmovilizada durante la soldadura, puede conducir a cambios dimensionales o distorsiones

inadmisibles. Estos problemas de distorsin en soldadura son muchas veces difciles de

resolver y sern analizados ms adelante.

La forma ms comn del modo de falla por inestabilidad elstica es la constituida por el

fenmeno de pandeo que se ilustra en la Fig. 1.1.

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Este se produce cuando un elemento estructural esbelto tal como una columna es sometido a

una carga de compresin suficientemente alta segn su eje longitudinal. Puede demostrarseque existe una carga que depende del momento de inercia de la seccin resistente, del

mdulo elstico del material, y de la forma de sujecin del elemento, por encima de la cuallas deflexiones laterales crecen sin lmite conduciendo a la destruccin del componente. El

fenmeno de pandeo puede adoptar una forma global, es decir afectar a todo el componentecomo en el caso de una columna, o ser local afectando slo una parte de la estructura como

ocurrira en el caso de una fabricacin con paneles en compresin donde slo alguno de

tales paneles sufre pandeo. La presencia de una soldadura puede afectar de manerasignificativa la resistencia al pandeo de un elemento estructural debido a la introduccin de

tensiones residuales. Segn como se ubique este campo de tensiones, el efecto de la

presencia de la soldadura puede ser perjudicial o beneficioso. En efecto, segn veremos ms

adelante, una soldadura tiene asociada una tensin residual longitudinal del orden de latensin de fluencia del material, de modo que si esta tensin traccin se localiza de modo de

oponerse a las tensiones de compresin generadas por las cargas externas, la carga crtica de

pandeo se ver incrementada. Por supuesto, lo contrario ocurre si son las tensionesresiduales de compresin y no las de traccin las que se suman a las debidas a las cargas

externas de compresin.

Excesiva deformacin plstica

La excesiva deformacin plstica constituye sin duda el modo de falla mejor comprendidoen un componente estructural, y es la base del diseo clsico de componentes estructurales.

En efecto, dicho diseo tiene como objetivo fundamental establecer las dimensiones de las

secciones resistentes necesarias para asegurar un comportamiento elstico de las mismas.

Esto significa en teora que en ningn punto de una seccin resistente se alcance una

condicin de fluencia, es decir de deformacin plstica. Sin embargo, en las estructurasreales, y muy particularmente en las estructuras soldadas, la presencia de concentradores de

tensin ms o menos severos es inevitable y por lo tanto tambin lo es la existencia de zonas

plastificadas en el vrtice de tales concentradores. De todos modos, en la medida que eltamao de tales zonas plsticas sea pequeo en relacin con las dimensiones caractersticas

de la seccin resistente, puede considerarse que la seccin se comportar, al menos desde un

punto de vista ingenieril, de manera elstica. En cambio, si por un incremento en las cargaslas zonas plsticas se propagan hasta alcanzar una fraccin significativa de la seccin, nos

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encontramos ante una falla por excesiva deformacin plstica. En el caso extremo, la

seccin completa puede llegar a plastificarse y en tal caso hablamos de una condicin de

fluencia generalizada.

Inestabilidad plstica

Bajo ciertas condiciones que analizaremos ms adelante, un material que ha alcanzado lacondicin plstica puede inestabilizarse y conducir rpidamente a un colapso plstico. Un

ejemplo conocido de este fenmeno es la estriccin que precede a la rotura en el ensayo de

traccin de un material dctil que se ilustra en la Fig. 1.2.

La inestabilidad plstica puede ser responsable en otros casos de la propagacin rpida deuna fisura, dando as origen a un fenmeno de fractura dctil rpida. Hoy se sabe que

muchas fallas catastrficas que en el pasado fueron atribuidas a fracturas frgiles, tuvieron

su origen como inestabilidades dctiles. El incremento logrado en las ltimas dcadas en laresistencia y tenacidad de los materiales, hace que el fenmeno de falla por inestabilidad

dctil sea objeto de especial atencin por parte de ingenieros e investigadores.

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Tarea 2:Esfuerzos Reales e Ingenieriles

CONCEPTOS:

Esfuerzo Real.- Carga dividida entre el rea real en la regin de adelgazamiento. Contina

subiendo hasta el punto de fractura, en contraste con el esfuerzo ingenieril.

ESFUERZO REALES E INGENIERILES PARA UN ACERO 1020:

Luego de haber realizado el ensayo de traccin, se obtienen datos de Carga VS Elongacin, los

cuales son traducidos a una grfica de Esfuerzo VS Deformacin, tanto real como ingenieril.

Estas grficas permiten la identificacin de diversos valores de inters para el estudio de las

propiedades mecnicas de las diferentes probetas sometidas al ensayo, tales como resistencia a la

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fluencia, resistencia mxima a la traccin, resistencia y esfuerzo de fractura, porcentaje de

elongacin y reduccin de rea, y deformaciones verdaderas a fractura, as como tambin las

ecuaciones de Hollommon respectivas.

Probeta de Acero 1020

Grfica 1: Carga (kgf) VS diferencial de longitud (mm) para la probeta de acero 1020.

Grfica 2: Esfuerzo ingenieril (Kgf/mm^2) VS deformacin ingenieril para la probeta de acero 1020.

Curva de traccin del acero

-1000

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Diferencial longitud (mm)

Carga(Kgf

Curva de traccin del acero

-10

0

10

20

30

40

50

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4

Deformacin Ingenieril

EsfuerzoIngenieril(Kgf/mm^2)

Curva de traccin

Medicin D instantneos

1 9

2 8,97

3 8,94

4 8,82

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Tabla 1: Dimetros instantneos medidos para el ensayo de traccin de la probeta de acero 1020.

Grfica 3: Log- Log Esfuerzo real (Kgf/mm^2) VS deformacin real de la probeta de acero 1020.

Las grficas de esfuerzo-deformacin ingenieril difieren notablemente de las grficas de

esfuerzo-deformacin real. En la grfica real los valores sern siempre mayores que los

reportados en la grfica ingenieril, pues el rea considerada (en la grfica real) es el rea

instantnea que tiene la probeta, la cual est disminuyendo por causa de la reduccin de dimetro

que est sufriendo debido a la carga de traccin que se le est aplicando, mientras que para la

grfica ingenieril, el rea considerada para cada valor es el rea inicial.

Sy Su Sfr fr % El % Ra fr mAcero 1020 30,44 45,91 33,77 70 33,19 62,66 0,98 0,1615

Tabla 2: Propiedades mecnicas de la probeta ensayada.

CONCLUSION:

- El esfuerzo real siempre ser mayor que el esfuerzo ingenieril.

5 8,69

Descarga 1 8,74

7 8,67

8 8,57

9 8,51

10 8,4811 8,42

12 8,39

Descarga max. 8,48

Fractura 5,65