Modos de falla

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Índice

Índice        2

Introducción        3

Modos de Falla        3

Inestabilidad elástica (pandeo local o generalizado)        4

Formula de Euler – Carga critica de pandeo        5

Ejemplo        5

Excesiva deformación elástica        6

Ejemplo        6

Excesiva deformación plástica (fluencia generalizada)        7

Ejemplo        7

Inestabilidad plástica (estricción, pandeo plástico)        9

Ejemplo        9

Fatiga de alto ciclo y bajo ciclo        11

Ejemplo        11

Corrosión, erosión, corrosión-fatiga, corrosión bajo tensiones        12

Ejemplo        13

Creep y creep-fatiga        14

Ejemplo        15

Fractura rápida (frágil, dúctil, mixta)        16

Ejemplo        17

Conclusión        18

Referencias        18

Introducción

En este documento se presenta la investigación del tema de modos de falla. Primeramente, se da una breve explicación del concepto exacto de un elemento estructural y que define una falla, en uno de estos.

Existe una variedad de tipos de falla en elementos estructurales, pero en este documento se dará énfasis a los siguientes modos:

• Inestabilidad elástica (pandeo local o generalizado).
• Excesiva deformación elástica.
• Excesiva deformación plástica (fluencia generalizada).
• Inestabilidad plástica (estricción, pandeo plástico).
• Fatiga de alto ciclo y bajo ciclo.
• Corrosión, erosión, corrosión-fatiga, corrosión bajo tensiones.
• Creep y creep-fatiga
• Fractura rápida (frágil, dúctil, mixta)

Finalmente se da una conclusión del tema y las fuentes de información utilizadas.

Modos de Falla

Un elemento estructural se define como a cualquier elemento o componente cuya función principal es la transmisión de esfuerzos mecánicos o la retención de fluidos a presión. La falla de un elemento estructural es cualquier situación que impida que el elemento cumpla con su función principal. Entonces, la falla se produce cuando el elemento se torna incapaz de resistir los esfuerzos previstos en el diseño. El modo de falla es el fenómeno o mecanismo responsable del evento o condición de falla.

Inestabilidad elástica (pandeo local o generalizado)

Este tipo de falla ocurre cuando se tienen elementos estructurales longitudinales como lo puede ser una columna, es decir, elementos sometidos a esfuerzos sobre el área transversal. Esta carga en cuestión puede ser concéntrica (situada en el centro del área), o excéntrica (aplicada paralelamente al eje longitudinal de miembro, pero a cierta distancia del mismo). Siendo proporcionalmente sensibles a la longitud del elemento, es decir, en columnas de menor longitud se producen fallas por aplastamiento, pero sin inestabilidad, mientras que en columnas de mayor longitud se presentaría una gran deflexión lateral. Esta deflexión lateral, llamada Pandeo, es producida por la inestabilidad de la varilla cuando se alcanza una cierta carga critica.[pic 2]

Formula de Euler – Carga critica de pandeo

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Donde  es el momento de inercia mínimo del área transversal de la columna,  la longitud de la misma, y K la longitud efectiva.[pic 4][pic 5]

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Ejemplo

Calcular la carga critica de pandeo para una columna redonda de acero estándar de 2 pulgadas de diámetro y 10 pies de longitud, cuyos extremos están articulados. Considere [pic 7]

 (inercia de una sección circular) [pic 8][pic 9]

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Excesiva deformación elástica

Este tipo de modo de falla se presenta cunado un elemento estructural debe mantener sus dimensiones dentro de ciertos límites, al sufrir una deformación elástica que hace que aquellas excedan el valor admisible, conduciendo a problemas de interferencia tales como atascamiento o a deflexiones excesivas. [pic 11]

Ejemplo

Un cuerpo de 500N se suspende de un cable de acero de 4m de longitud y 2mm de diámetro. Se sabe que el límite elástico del acero es de 250N/mm², que el módulo de Young es de . Calcular el alargamiento del cable.[pic 12]

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[pic 14]

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Excesiva deformación plástica (fluencia generalizada)

Cuando los esfuerzos a los que es sometido un elemento estructural superan los límites de deformación elástica, se dice que sufrió una deformación plástica o una fluencia, esta deformación se da cuando se presentan cambios irreversibles en la geometría de la pieza. Si esta deformación impide el adecuado trabajo mecánico entonces nos encontramos con una falla por excesiva deformación plástica.[pic 17][pic 18]

Ejemplo

Una pieza de 300mm de longitud tiene que soportar una carga de 5000N sin experimentar deformacion plastica. Elija el material mas adecuado entre los tres prpuestos para que la piez tenga un peso minimo.

Se calcula la sección de cada material según la fuerza aplicada y su límite elástico

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Calculamos la masa de cada uno de los materiales en función de la longitud requerida y las secciones obtenidas

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[pic 23]

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El material de menor peso sería el aluminio.

Inestabilidad plástica (estricción, pandeo plástico)

En un ensayo de tracción uniaxial el diagrama tensión - deformación permite visualizar las zonas de deformación elástica y plástica, un aspecto importante es el comportamiento de la deformación plástica llegado a un punto máximo. Este punto de tensión máxima coincide con el inicio del fenómeno de inestabilidad plástica o estricción a partir del cual la deformación plástica especifica deja de ser uniforme a lo largo de la barra para concentrarse en la zona de estricción.[pic 25]

Ejemplo

La inestabilidad plástica es muy importante en procesos como la embutición de chapas para fabricar carrocerías de coche, latas, etc. Por supuesto que debemos asegurar que el diseño de tanto de los materiales como de las prensas se seleccione cuidadosamente para evitar la inestabilidad.

El acero suave es un buen material para la embutición profunda en el sentido de que se deforma mucho antes de empezar a formarse el cuello. Esto permite una embutición muy profunda antes de la posible rotura.

Las aleaciones de aluminio son menos buenas solo se deforman un poco antes de que aparezcan las inestabilidades. El aluminio puro no es tan malo, pero es demasiado blando para la mayoría de aplicaciones.

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Fatiga de alto ciclo y bajo ciclo

La fatiga es un proceso de degeneración de un material sometido a cargas cíclicas de valores por debajo de aquellos que serían capaces de provocar su rotura mediante tracción. Durante dicho proceso se genera una grieta que, si se dan las condiciones adecuadas crecerá hasta producir la rotura de la pieza al aplicar un número de ciclos suficientes. El número de ciclos necesarios dependerá de varios factores como la carga aplicada.[pic 28]

Ejemplo

Se tiene un acero AISI 1045: , [pic 29][pic 30]

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