Instituto universitario Politécnico“Santiago Mariño”

Extensión Porlamar.

DEFORMACION, ESFUERZO Y TORSION.

Elaborado por:José Valderrama

C.I. 15.202.964Ing. Mecánica

DEFORMACION:

Es el cambio que ocurre en las dimensiones de un cuerpo o en la textura de

su superficie, es decir puede cambiar de longitud, área o volumen que

puede aumentar o disminuir según se le aplique una fuerza para estirar o

para compactar.

TIPOS DE DEFORMACIONES:

Deformación plástica,   irreversible   o   permanente: es el modo de

deformación en que el material no regresa a su forma original después de

retirar la carga aplicada. Esto ocurre porque, en la deformación plástica, el

material experimenta cambios termodinámicos irreversibles al adquirir

mayor energía potencial elástica. La deformación plástica es lo inverso a la

deformación reversible.

Deformación elástica,   reversible   o   no permanente: Es cuando el

cuerpo recupera su forma original al retirar la fuerza que le provoca la

deformación. En este tipo de deformación, el sólido, al variar su estado

tensional y aumentar su energía interna en forma de energía potencial

elástica, solo pasa por cambios termodinámicos reversibles.

ENERGIA DE DEFORMACION:

 Es un proceso termodinámico en el que la energía interna del cuerpo

acumula energía potencial elástica. A partir de unos ciertos valores de la

deformación se pueden producir transformaciones del material y parte de la

energía se disipa en forma de plastificado, endurecimiento, fractura o fatiga

del material.

CARGA AXIAL:

Es la fuerza que actúa a lo largo del eje longitudinal de un miembro estructural aplicada al centroide de la sección transversal del mismo produciendo un esfuerzo uniforme,  ya sea en tensión o compresión y también es llamada fuerza axial.

ESFUERZO:

El esfuerzo es la relación entre la fuerza aplicada y el área de aplicación (F/A), si la fuerza es perpendicular al área se le dice Esfuerzo de Tensión y si la fuerza es paralela al área se le dice Esfuerza de cizalladura o de corte.

TIPOS DE ESFUERZOS:

Al construir una estructura se necesita tanto un diseño adecuado como unos elementos que sean capaces de soportar las fuerzas, cargas y acciones a las que va a estar sometida, los cuales son:

Tracción o Tensión: Hace que se separen entre sí las distintas partículas que componen una pieza, tendiendo a alargarla. Por ejemplo, cuando se cuelga de una cadena una lámpara, la cadena queda sometida a un esfuerzo de tracción, tendiendo a aumentar su longitud.

Tracción o Tensión

Comprensión: Hace que se aproximen las diferentes partículas de un material, tendiendo a producir acortamientos o aplastamientos. Cuando nos sentamos en una silla, sometemos a las patas a un esfuerzo de compresión, con lo que tiende a disminuir su altura.

Cizallamiento o Cortadura: Se produce cuando se aplican fuerzas perpendiculares a la pieza, haciendo que las partículas del material tiendan a resbalar o desplazarse las unas sobre las otras. Al cortar con unas tijeras un papel estamos provocando que unas partículas tiendan a deslizarse sobre otras. Los puntos sobre los que apoyan las vigas están sometidos a cizallamiento.

Flexión: Es una combinación de compresión y de tracción. Mientras que las fibras superiores de la pieza sometida a un esfuerzo de flexión se alargan, las inferiores se acortan, o viceversa. Al saltar en la tabla del trampolín de una piscina, la tabla se flexiona. También se flexiona un panel de una estantería cuando se carga de libros o la barra donde se cuelgan las perchas en los armarios.

Flexión

Torsión: Las fuerzas de torsión son las que hacen que una pieza tienda a retorcerse sobre su eje central. Están sometidos a esfuerzos de torsión los ejes, las manivelas y los cigüeñales.

Torsión

ESFUERZO PERMISIBLE:

Es el diseño de estructuras que implica obtener dimensiones de elementos que sean tanto económicos como seguros durante la vida de la estructura. Para ello se emplea el término estado límite 3 el cual según las nuevas especificaciones puede estar relacionado con la pérdida de la capacidad de carga o con el deterioro gradual que hace que la estructura no cumpla con la función asignada o con la fatiga 4 del material.

MOMENTO FLECTOR:

Es denominado momento flector un momento de fuerza resultante de una distribución de tensiones sobre una sección transversal de un prisma mecánico flexionado o una placa que es perpendicular al eje longitudinal a lo largo del que se produce la flexión.

TORSIÓN:

Es la solicitud que se presenta cuando se aplica un momento sobre el eje longitudinal de un elemento constructivo o prisma mecánico, como pueden ser ejes o, en general, elementos donde una dimensión prevalece sobre las otras dos, aunque es posible encontrarla en situaciones diversas.

La torsión se caracteriza geométricamente porque cualquier curva paralela al eje de la pieza deja de estar contenida en el plano formado inicialmente por las dos curvas. En lugar de eso una curva paralela al eje se retuerce alrededor de él.

El estudio general de la torsión es complicado porque bajo ese tipo de solicitación la sección transversal de una pieza en general se caracteriza por dos fenómenos:

1. Aparecen tensiones tangenciales paralelas a la sección transversal.2. Cuando las tensiones anteriores no están distribuidas

adecuadamente, cosa que sucede siempre a menos que la sección tenga simetría circular, aparecen alabeos seccionales que hacen que las secciones transversales deformadas no sean planas.

TIPOS DE TORSION:

Torsión de Saint-Venant pura

La teoría de la torsión de Saint-Venant es aplicable a piezas prismáticas de gran inercia torsional con cualquier forma de sección, en esta simplificación se asume que el llamado momento de alabeo es nulo, lo cual no significa que el alabeo seccional también lo sea. Para secciones no circulares y sin simetría de revolución la teoría de Sant-Venant además de un giro relativo de la sección transversal respecto al eje baricéntrico predice un alabeo seccional o curvatura de la sección transversal. La teoría de Coulomb de hecho es un caso particular en el que el alabeo es cero, y por tanto sólo existe giro.

Torsión recta: Teoría de Coulomb

La teoría de Coulomb es aplicable a ejes de transmisión de potencia macizos o huecos, debido a la simetría circular de la sección no pueden existir alabeos diferenciales sobre la sección.

Torsión alabeada pura

Para piezas de muy escasa inercia torsional, como las piezas de pared delgada, puede construirse un conjunto de ecuaciones muy simples en la que casi toda la resistencia a la torsión se debe a las tensiones cortantes inducidas por el alabeo de la sección. En la teoría de torsión alabeada pura se usa la aproximación de que el momento de alabeo coincide con el momento torsor total. Esta teoría se aplica especialmente a piezas de pared delgada y se distinguen tres casos:

1. Sección abierta, donde no aparecen esfuerzos de membrana.2. Sección cerrada simple, en el que la sección transversal puede

aproximarse por una pequeña curva simple cerrada dotada de un cierto espesor.

3. Sección multicelular, en el que la sección transversal no es simplemente conexa pero aun así puede aproximarse por una curva no simple y un cierto espesor.

Torque:

El torque o par es el nombre que se da a las fuerzas de torsión. Para que la torsión exista se requieren 2 fuerzas (par), que se ejercen en sentido opuesto.

El valor del par depende del radio de acción de la fuerza (brazo). La mayor o menor torsión que genera una fuerza depende de la distancia al punto de pivote. A mayor brazo mayor par.

Par de Torsión:

El par o torque es un número que expresa el valor de la fuerza de torsión. Se expresa en kilos x metros. Es decir, si ejercemos una fuerza de 1 kilo con un brazo de 1 metro el torque o par será de 1 kilo x metro (1 kilográmetro).

En un motor de pistones la capacidad de ejercer fuerza de torsión es limitada. Depende de la fuerza de expansión máxima que logran los gases en el cilindro. El torque máximo se consigue cuando el rendimiento volumétrico es máximo y por lo tanto se dispone de mayor temperatura para expandir los gases.

El par motor también depende del largo del brazo del cigüeñal. Los motores de mayor tamaño están equipados con cigüeñal de brazo más largo. Esto les da la posibilidad de ejercer igual par de torsión con menos fuerza de expansión de los gases.

ANGULO DE TORSION:

Si se aplica un par de torsión T al extremo libre de un eje circular, unido a un soporte fijo en el otro extremo, el eje se torcerá al experimentar un giro en su extremo libre, a través de un ángulo, denominado ángulo de giro. Cuando el eje es circular, el ángulo es proporcional al par de torsión aplicado al eje.

ÁRBOLES DE TRANSMISIÓN DE POTENCIA:

Entendemos por árboles de transmisión de potencia cuando un elemento giratorio transmite un momento de torsión, para que esto ocurra debe existir una potencia que transmitir y una velocidad de rotación del eje.

RELACIÓN ENTRE TORSIÓN Y POTENCIA:

Si la fuerza actúa con respecto a la distancia, es cuando se produce un trabajo mecánico. De igual forma, si la Torsión actúa con respecto a la distancia rotacional es hacienda un Trabajo. Potencia es el trabajo por unidad de tiempo. Sin embargo el tiempo y la distancia rotacional, están relacionadas por la velocidad angular, donde cada revolución resulta en la Circunferencia del círculo que va girando por la fuerza producida por la Torsión. Esto significa que la Torsión causa la velocidad angular, ésta a su vez hace un trabajo y se genera una potencia

PROBLEMA HIPERESTATICO:

En la torsión, similar que en los esfuerzos axiales, se encuentran problemas que no pueden ser resueltos únicamente por las ecuaciones de equilibrio. En estos problemas las incógnitas es superior al de las ecuaciones que podemos utilizar. El orden a seguir para la solución de estos casos concuerda con los utilizados al resolver los problemas hiperestáticos de la tracción (compresión).

EJERCICIOS

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