PROPIEDADES MECÁNICAS

DÉCIMO “A”

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y MECÁNICA

CARRERA INGENIERIA CIVIL

COMPUTACIÓN APLICADA

INTEGRANTES:

JHOANA CRISTINA TORO MORENO JOSÉ LUIS ROBALINO LARA

Definición Antecedentes de ensayos

mecánicos de materiales Tipos de propiedades mecánicas

comunes Análisis de fallas

MECHANICAL PROPERTIES (PROPIEDADES MECÁNICAS)

• Propiedades que tienen que ver con el comportamiento de losmateriales bajo cargas.

Definición:

Objetivo.- Determinación de la respuesta de los materiales a laaplicación de una fuerza.

(Avg. Stress) Esfuerzo promedio =carga/área tensionada.

TESTING OF MATERIALS (ENSAYO DE MATERIALES)

• Esfuerzo de Tensión: Tiende a separara un miembro aparte.

• Esfuerzo de Compresión: Tiende aaplastar a un cuerpo.

• Esfuerzo cortante: Tiende a dividir aun miembro.

• Esfuerzo torsional: tiende a torcer unmiembro.

• Esfuerzo de Flexión: Tiende a curvarun miembro.

UTM es usado para medir las respuestas de los materiales a los tresesfuerzos principales (Tensión, Compresión, Corte)

UNIVERSAL TESTING MACHINE MÁQUINA UNIVERSAL DE ENSAYO (UTM)

Carga/ (Área de esfuerzo original) --------------------->EsfuerzoDeformación/ (Longitud original) --------------------->Deformación

STRESS/STRAIN DIAGRAMDIAGRAMA ESFUERZO/DEFORMACIÓN

Geometría-Dependiente Geometría-IndependienteDiagrama ---------------------> Diagrama

Elasticidad:Habilidad de losmateriales pararegresar a su formaoriginal al serdescargados.

Plasticidad:Habilidad de losmateriales que pasapor una deformaciónpermanente sinfractura.

Propiedades derivadas deldiagrama esfuerzo/deformación

Resistencia al impacto Dureza Fatiga Flujo plástico Esfuerzo de Rotura

Resistencia Rigidez DuctilidadMódulo de resilienciaMódulo de tenacidad

Esfuerzo máximo resistente de un material al resistir cambios en suforma, y es igual a Carga máxima/ Área de esfuerzo original

a. ULTIMATE STRENGTH (RESISTENCIA ÚLTIMA)

• Resistencia a la tracción (Aleación metálica (Aceros), Compuestos(FRP(Fibra Plástica reforzada)))

• Resistencia a la compresión (Hierros fundidos, T.S. Polímeros,Cerámicas).

• Resistencia al corte = 40% de la resistencia a la tracción.• Resistencia Especifica = resistencia a la tracción/densidad.

El punto de fluencia es el esfuerzo que corresponde al punto de inicio a ladeformación plástica. Este punto en algunos materiales del diagramaesfuerzo-deformación está indicado por una pequeña región plana. El esfuerzopermitido (seguro), debe estar muy por debajo de este punto.

b. YIELD POINT STRESS/YIELD STRENGTH(PUNTO DE FLUENCIA/LÍMITE ELÁSTICO)

Dicho punto se determina mediante el método de desplazamiento (el puntode intersección de la curva y una línea dibujada desde el punto 0.2%, paraleloa la pendiente), y el esfuerzo asociado se denomina límite elástico.

Es la resistencia del material debido a la deformación elástica, y sedetermina por el módulo de elasticidad del material (E) o Módulode Young.

Módulo de elasticidad delmaterial se mide por lapendiente de la parte lineal dela curva, como se muestra enla figura.

Cuanto mayor sea lapendiente (o E), el másmaterial es más rígido.

Cerámicas (SiC: Carburo de silicio), aleaciones metálicas (aceros) ycompuestos (Gr./Epoxy es una mezcla única de resinas epóxicas de altaresistencia) se caracterizan por tener una alta rigidez

rigidez específica = límite de rotura del material / densidad

Es una propiedad que mide la de elasticidad de un material.

DUCTILITY (DUCTILIDAD)

Se calcula por una de las siguientes 3 fórmulas:

%Ductilidad = tensión a la fractura * 100

% Elongación = cambio en la longitud/longitud inicial

% Reducción en Area = cambio en la longitud/longitud inicial

Las aleaciones forjadas son dúctiles y polímeros tienen una altaductilidad.

Cerámicas y aleaciones fundidas son frágiles y tienen poca o 0%ductilidad. Cuando se realiza la selección de materiales para losprocesos de fabricación tales como doblado en frío, forjado, y extrusióndebe basarse en esta propiedad (esto es del 30%-50% de ductilidad).

Máxima cantidad de energía elástica por unidad de volumen que unmaterial puede absorber, a baja velocidad de deformación, y se midepor el área bajo la parte lineal de la curva tensión / deformación,como se muestra en la figura.

Resiliencia es una propiedadinversamente proporcional almódulo de elasticidad, mientrasmenor es el módulo, másresistente es el material. Estapropiedad es directamenteproporcional a la resistencia a lafluencia del material.

Selección de materiales para componentes como resortes laminados,clock spring, hojas de cuchillos, palos de golf, partes de las máquinasen caso de impactos a baja velocidad, etc. se debe basar en estapropiedad.

TOUGHNESS (TENACIDAD)

Máxima cantidad de energía plástica por unidad de volumen que unmaterial puede absorber, para producir fractura, a baja velocidad dedeformación, y se mide por el área total bajo la curva de tensión /deformación, tal como se muestra en la figura:

La tenacidad es también unamedida relativa de la capacidad deabsorción de energía de materialesbajo cargas de impacto (fuerza dealta velocidad), ya que en laprueba de impacto la energíaabsorbida por las muestras sonmedidas hasta que se fracturan. Lafuerza asociada se conoce comoresistencia al impacto.

Materiales dúctiles (como la mayoría de los metales y polímeros)tienen una buena tenacidad y resistencia al impacto. Los materialesfrágiles como la cerámica y aleaciones fundidas tienen tenacidadinsignificante.

El ensayador de impacto(tipo péndulo) utilizacualquiera de los dosprobetas estándarmuescadas, la probetaCharpy (horizontal enforma de viga I) o la Izod(viga en voladizo vertical)para medir la energíarequerida (ft.lb) parafracturar la probeta.

Otra manera de ensayar muestras porimpacto es con la prueba de caída de peso.

Medidas de las probetas a ensayarse:a= 2,165”≃ 55 mm R= 0,01” ≃ 0,25 mmb= 0,394” ≃ 10 mm α= 45°c= 0,394” ≃ 10 mmd= 0,315” ≃ 8 mm

La temperatura de transición o temperatura de ductilidad nula, esuna temperatura en virtud de la cual, el material dúctil se vuelvefrágil. Bajo esta temperatura, la dureza disminuye. En la selección demateriales para una aplicación de baja temperatura, para evitar ladisminución de tenacidad, la temperatura de transición del materialseleccionado debe ser inferior a la temperatura de aplicación o real.

Selección de Materiales

Se toman en cuentados materiales:a. acero de bajocarbonob. aluminio de lamisma resistencia a lafluencia que el acero

Seleccionar un tipo de material para realizar el ensayo del impacto enla máquina para las siguientes aplicaciones:

I) Al realizar el impacto en la máquina, la probeta permaneceintacta después de un impacto de baja velocidad.

II) Un mejor equipo de protección en caso de colisión de altavelocidad.

APLICACIÓN I

1. Absorción de energía elástica2. Módulo de resiliencia3. Seleccionar el esfuerzo con el que se genera el más alto Módulo

de resiliencia4. Seleccionar el esfuerzo con el que se da el más bajo E.5. Seleccionar aluminio (ESt=3EAl)

APLICACIÓN II

1. Absorción de energía plástica2. Módulo de tenacidad3. Seleccionar el esfuerzo con el que se da el más alto Módulo de

tenacidad.4. Seleccionar el esfuerzo con el que se genera el más bajo % el.5. Seleccionar acero (St%el=3Al%el)

La resistencia de la superficie del material contra las hendiduras yarañazos.

• La superficie -. La dureza sirve como un factor en la selección de unmaterial para aplicaciones de contacto deslizante, tales comoengranajes, frenos y embragues, rodamientos de bolas / rodillos,etc.

• Esta propiedad está especificada en los planos de ingeniería parafabricación o tratamiento térmico.

• Las aleaciones metálicas -. Tienen buena dureza, aleaciones defundición y cerámica son materiales muy duros.

HARDNESS (DUREZA)

• El tipo más común de medición (destructiva) se basa en lacalibración ya sea la profundidad (Rockwell, Rockwell superficial) oel diámetro (Brinell, Vickers, Knoop) de impresión dejada de obligara un penetrador en la superficie del material. Otras medidas (nodestructiva) son dependientes de la frecuencia natural (ondasacústicas), la altura de la propiedad de rebote (borde) de losmateriales.

Especificación de número de dureza: XXX H X X

XXX H X X

Dureza # código Método Escala Rockwell

Penetrador Carga Aplicación Método

Diamante 1g a 2000 g Microdureza de los aceros

suaves a la cerámica.

Vickers, Knoop

Bola 500 y 3000 Kg Aceros y metales blandos

hasta 40 HRC

Brinell

Bola 100 Kg Aceros suaves y metales no

ferrosos

Rockwell

Bola 15, 30 y 45 Kg Metales blandos finos Rockwell superficial

Diamante 15, 30 y 45 Kg Chapas metálicas delgadas

duras

Rockwell superficial

Diamante 50 Kg Carburos cementados Rockwell

Bola 10 Kg Polímeros Rockwell, Vickers

Aguja Resorte Elastómeros Shore

Diamante 150 Kg Metales endurecidos

(espesor)

Rockwell

• 50 -60 HRC significa: un valor de dureza de 50 a 60utilizando la escala Rockwell C.

• 85 HR15T significa: un valor de dureza máxima de 85utilizando el Rockwell Superficial,

• 185-2401kgF HV significa: un valor de dureza de 185 a 240 conel probador de dureza Vickers y una carga de prueba de 1kilogramo-fuerza.

• 500200gF HK min. significa: un valor de dureza mínima de 500con el medidor de dureza Knoop y una carga de prueba de 200gramos-fuerza.

EJEMPLOS:

Los materiales fallan debido a una tensión alterna repetida (muy pordebajo de la resistencia a la fluencia) se denomina falla por fatiga.

• La falla por fatiga se producen después de una serie de ciclos (vida)de las tensiones.

• La resistencia a la fatiga es un factor importante en el proceso deselección de materiales para aplicaciones de carga cíclica.

FATIGUE (FATIGA)

• Un eje de rotación bajo una carga transversal se utiliza paradeterminar la capacidad de un material para resistir tensionescíclicas. Un punto de la superficie a través de puntos de entrada unainversión completa de la tensión a la compresión con cada rotación.La fuerza (S) y el número de ciclos (N) en las que el componente nose registran. S y N son compilados para diferentes condiciones decarga, y se utilizan para la construcción del diagrama de fatiga S-N.

• El límite de resistencia es una resistencia a la fatiga en las que elcomponente tiene vida indefinida, como se muestra en la figura.

• La resistencia a la fatiga de los metales de ingeniería sonaproximadamente el 50% de su resistencia a la tracción, la cerámicano se utilizan en la carga cíclica, materiales poliméricos y materialescompuestos son muy sujetos a la fatiga.

Es un proceso lento de la deformación plástica que se producecuando un material está sometido a una carga constante(esfuerzo) por debajo del límite elástico en cierto período detiempo.

La mayoría de los metales sólo se deforman cuando estánsometidos a una temperatura elevada (0,5 de su temperatura defusión absoluta).

El flujo plástico puede ser un factor importante de selección conmetales de baja temperatura de fusión y polímeros.

El ensayo del flujo plástico se lleva a cabo simplementesometiendo a tracción a una probeta bajo una carga constante. Ladeformación es medida en un periodo de tiempo.

La deformación plástica seproduce en 3 etapas;decreciente, en estadoestacionario, y el aumentode valores, como se muestraen la figura.

Es el esfuerzo requerido para causar una promedio de valoresespecificados del flujo plástico en una temperatura dada. Los valoresmás comunes son 1% elongación/10,000 hr, y 1% elongación/100,000hr

Es similar al ensayo de flujo plástico se determina el esfuerzo en laque una parte fallará bajo una carga constante a temperaturaelevada, sin embargo es diferente de dos maneras:

1) Las variables controladas son el esfuerzo y la temperatura, y2) la variable medida es el tiempo requerido para la rotura.

Esta prueba tiene la ventaja porquerequiere menor tiempo para realizarel ensayo. El ensayo esfuerzo derotura es importante para metales ycerámica ya que son destinados a unservicio de alta temperatura. Estaprueba no se realiza normalmente enpolímeros.

CONCENTRACIÓN DE ESFUERZOS

Si un miembro bajo una carga contiene una ranura, agujero,cualquier irregularidad en la geometría, el esfuerzo inducido en elárea de la ranura del elemento se ampliará por un factor deconcentración de esfuerzos:

Smax=Kf*S

Donde:Kf, es el factor de concentración de esfuerzos y aparece en lastablas de diferentes irregularidades en la geometría bajodiferentes condiciones de carga (es decir, la tensión, flexión,torsión).

S, es el esfuerzo en el elemento sin ninguna irregularidad en lageometría (es decir, Carga/Área).

Smax, es el esfuerzo local en la zona de concentración deesfuerzos.