Cap5 Fallas Resultantes de Carga Estatica
Enviado por Dustin Ruiz • 8 de Febrero de 2018 • Informes • 2.440 Palabras (10 Páginas) • 686 Visitas
Fallas Resultantes 0de Carga Estatica
Failures Resulting from Estatic Charge
Dustin Steven Ruiz Tizon 1[1]
Resumen | Abstract |
En el presente documento se tratará sobre el capítulo 5 del libro “Diseño en Ingeniería Mecánica de Shigney”. Donde se considerará relaciones entre resistencia y carga estática con el objeto de tomar decisiones respecto del material y su tratamiento, fabricación y geometría, para así satisfacer los requerimientos de funcionalidad, seguridad, confiabilidad, competitividad, facilidad de uso, manufacturabilidad y comerciabilidad. Donde las fallas mecánicas resultantes será el punto clave de este informe, sabemos que la falla puede significar que una parte de un conjunto se ha separado en dos o más piezas; se ha distorsionado permanentemente, arruinando de esta manera su geometría; se ha degradado su confiabilidad, o se ha comprometido su función, por cualquier razón. Por esa razón el diseñador debe tomar siempre todas estas posibilidades de fallas y enfocarse en la predicción de la distorsión o separación permanentes. Palabras Clave: Carga, Diseño Falla, Fuerza, Material, Resistencia. | This paper will cover Chapter 5 of the book "Design in Mechanical Engineering of Shigney". Where resistance and static load relationships will be considered in order to make decisions regarding the material and its treatment, manufacturing and geometry, in order to satisfy the requirements of functionality, safety, reliability, competitiveness, ease of use, manufacturability and marketability. Where the resulting mechanical failures will be the key point of this report, we know that failure can mean that a part of a set has been separated into two or more pieces; it has been distorted permanently, thus ruining its geometry; its reliability has been degraded, or has been compromised its function, for any reason. For this reason, the designer must always take all these potential failures and focus on the prediction of permanent distortion or separation. Keywords: Charge, Design, Failure, Force, Material, Resistance. |
Introducción
“Falla” es la primera palabra que aparece en el título del capítulo. La falla puede significar que una parte se ha separado en dos o más piezas; se ha distorsionado permanentemente, arruinando de esta manera su geometría; se ha degradado su confiabilidad, o se ha comprometido su función, por cualquier razón. Cuando un diseñador habla de falla puede referirse a cualquiera o todas estas posibilidades. En este capítulo la atención se enfoca en la predicción de la distorsión o separación permanentes. En situaciones sensibles al esfuerzo el diseñador debe separar el esfuerzo medio y la resistencia media en el punto crítico de manera suficiente para lograr sus propósitos. [1]
En las siguientes figuras se muestran fotografías de partes que han fallado. Las fotografías ejemplifican la necesidad que tiene el diseñador de estar muy al tanto de la prevención de fallas. Con este propósito se considerarán estados de esfuerzos en una, dos y tres dimensiones, con y sin concentraciones de esfuerzos, para materiales tanto dúctiles como frágiles. [1]
[pic 1][pic 2]
Figura 1. Falla de Eje estriado de transmisión de un camión, debida a la fatiga por corrosión. [1]
[pic 3]
Figura 2. Falla de un perno de sujeción. Un error de fabricación causo una separación. [1]
Materiales y Métodos
- Resistencia Estática
En términos ideales, cuando diseña cualquier elemento de máquina, el ingeniero debe tener a su disposición los resultados de una gran cantidad de pruebas de resistencia del material elegido. Estos ensayos deben realizarse en piezas que tengan el mismo tratamiento térmico, acabado superficial y tamaño que el elemento que se propone diseñar; además, las pruebas deben conducirse exactamente bajo las mismas condiciones de carga a que se someterá la parte en servicio. Esto significa que, si la parte se va a someter a carga flexionante, se debe ensayar con una carga flexionante. Si se va a someter a flexión y torsión combinadas, se debe ensayar bajo flexión y torsión combinadas. Si se hace de acero tratado AISI 1040 estirado a 500°C con un acabado esmerilado, las piezas que se sometan a prueba deben ser del mismo material preparado de la misma manera. Esos ensayos proporcionarán información muy útil y precisa. Cuando esos datos están disponibles para propósitos de diseño, el ingeniero puede estar seguro de que está haciendo el mejor trabajo de ingeniería. [1]
El costo de reunir esa gran cantidad de datos antes del diseño se justifica si la falla de la parte puede poner en peligro la vida humana, o si la parte se fabrica en cantidades suficientemente grandes. Por ejemplo, los refrigeradores y otros aparatos electrodomésticos tienen grados de confiabilidad muy altos porque las partes se hacen en grandes cantidades, de manera que se pueden ensayar por completo antes de su manufactura. [1]
- Concentración del Esfuerzo
La concentración del esfuerzo es un efecto muy localizado. En algunos casos puede deberse a una ralladura superficial. Si el material es dúctil y la carga estática, la carga de diseño puede causar fluencia en el punto crítico sobre la muesca. Esta fluencia implica endurecimiento por deformación del material y un incremento de la resistencia de fluencia en el punto crítico de la muesca. Como las cargas son estáticas, esa parte las soporta de manera satisfactoria, sin presentar una fluencia general. En estos casos el diseñador establece
que el factor geométrico de la concentración del esfuerzo (teórico) Kt es igual a la unidad. [1]
[pic 4]
Figura 3. Curva idealizada de Esfuerzo – Deformación. [1]
El escenario, en el peor de los casos, es el de un material ideal no endurecido por deformación, como el que se muestra en la figura 3. La curva esfuerzo-deformación se incrementa linealmente hasta la resistencia a la fluencia Sy, luego se comporta como esfuerzo constante, que es igual a Sy. En el caso de materiales que se endurecen por deformación, el punto crítico de la muesca tiene una Sy mayor. El área del cuerpo se encuentra a un nivel de esfuerzo un poco menor que Sy determinado, soporta una carga y está muy cerca de su condición de falla por fluencia general. Ésta es la razón por la que los diseñadores no aplican Kt en la carga estática de un material dúctil cargado elásticamente, sino que establecen Kt = 1. [1]
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