Propiedades Mecanicas De Los Materiales

PORPIEDADES MECANICAS DE LOS MATERIALES

Estos constituyen aquellos valores que indican las condiciones elásticas y mecánicas del material bajo fuerzas dadas y se pueden determinar si relacionamos la resistencia y el comportamiento del mismo. Entre las propiedades más importantes tenemos

La resistencia, representando por el esfuerzo, la elasticidad y plasticidad, sus valores son criterio que definen el comportamiento elástico del material: limite proporcional, limite elástico, limite de fluencia, limite elástico aparente de Jhonson y el limite elástico proporcional y el punto cedente. La rigidez este parámetro es el modulo de elasticidad del material que esta representado por los siguientes valores: en tensión y compresión recibe el nombre de Modulo de Young, en corte Modulo de Rigidez o Modulo de Elasticidad en corte. Capacidad energética, es la capacidad de absorción o almacenamiento de energía del material, sus valores son: el modulo de resilencia y Modulo de Tenacidad. Factor de deformaciones, es la relación entre las deformaciones indirectas y directas de un material, recibiendo el nombre de Modulo de Poisson.

DETERMINACION DE LAS PROPIEDADES MECANICAS DE LOS MATERIALES

El principio fundamental que deben cumplir los materiales bajo carga es la Ley de Hook, para poder conocer sus propiedades mecánicas, para eso se emplea una diagrama esfuerzo/ deformación.

Ley de Hooke

Cuando un objeto de somete a fuerzas externas, sufre cambios de tamaño o de forma, o de ambos. Esos cambios dependen del arreglo de los átomos y su enlace en el material.

Cuando un peso jala y estira a otro y cuando sele quita este peso y regresa a su tamaño normal decimos que es un cuerpo elástico.

Cuando una fuerza externa actúa sobre un material causa un esfuerzo o tensión en el interior del material que provoca la deformación del mismo. En muchos materiales, entre ellos los metales y los minerales, la deformación es directamente proporcional al esfuerzo. No obstante, si la fuerza externa supera un determinado valor, el material puede quedar deformado permanentemente, y la ley de Hooke ya no es válida. El máximo esfuerzo que un material puede soportar antes de quedar permanentemente deformado se denomina límite de elasticidad.

Elasticidad: Propiedad de cambiar de forma cuando actúa una fuerza de deformación sobre un objeto, y el objeto regresa a su forma original cuando cesa la deformación.

Los materiales no deformables se les llama inelásticos (arcilla,plastilina y masa de repostería). El plomo también es inelástico, porque se deforma con facilidad de manera permanente.

Si se estira o se comprime más allá de cierta cantidad, ya no regresa a su estado original, y permanece deformado, a esto se le llama límite elástico.

*Cuando se tira o se estira de lago se dice que está en tensión (largas y delgadas).

*Cuando se aprieta o se comprime algo se dice que está en compresión (cortas y gruesas).

La cantidad de estiramiento o de compresión (cambio de longitud), es directamente proporcional a la fuerza aplicada.

F=Kx

Una constante elástica es cada uno de los parámetros físicamente medibles que caracterizan el comportamiento elástico de un sólido deformable elástico. A veces se usa el término constante elástica también para referirse a los coeficientes de rigidez de una barra o placa elástica.

Un sólido elástico lineal e isótropo queda caracterizado sólo mediante dos constantes elásticas. Aunque existen varias posibles elecciones de este par de constantes elásticas, las más frecuentes en ingeniería estructural son el módulo de Young y el coeficiente de Poisson (otras constantes son el módulo de rigidez, el módulo de compresibilidad, y los coeficientes de Lamé).

ELASTICIDAD

El término elasticidad designa la propiedad mecánica de ciertos materiales de sufrir deformaciones reversibles cuando se encuentran sujetos a la acción de fuerzas exteriores y de recuperar la forma original si estas fuerzas exteriores se eliminan.

Esta capacidad a menudo se confunde con la flexibilidad, aunque poco tiene que ver con ella, La propiedad que tienen las gomas de volver a su posición inicial tras su tracción también la tienen en mayor o menor medida los tejidos vivos como la piel, los huesos, los músculos o los tendones. De entre éstos, son los músculos los que poseen una mayor capacidad elástica. Cuando flexionamos una articulación, los músculos opuestos a los que actúan se estiran y gracias a esta capacidad elástica conservan la energía que luego se emplea en la extensión de la articulación, ahorrando al deportista un importante gasto energético.

La elasticidad es estudiada por la teoría de la elasticidad, que a su vez es parte de la mecánica de sólidos deformables. La teoría de la elasticidad (TE) como la mecánica de sólidos (MS) deformables describe cómo un sólido (o fluido totalmente confinado) se mueve y deforma como respuesta a fuerzas exteriores. La diferencia entre la TE y la MS es que la primera sólo trata sólidos en que las deformaciones son termodinámicamente reversibles y en los que el estado tensiones en un punto en un instante dado dependen sólo de las deformaciones en el mismo punto y no de las deformaciones anteriores

Tensión

Componentes del tensor tensión en un punto P de un sólido deformable.

La tensión en un punto se define como el límite de la fuerza aplicada sobre una pequeña región sobre un plano π que contenga al punto dividida del área de la región, es decir, la tensión es la fuerza aplicada por unidad de superficie y depende del punto elegido, del estado tensional de sólido y de la orientación del plano escogido para calcular el límite.

Deformación

En teoría lineal de la elasticidad dada la pequeñez de las deformaciones es una condición necesaria para poder asegurar que existe una relación lineal entre los desplazamientos y la deformación. Bajo esas condiciones la deformación puede representarse adecuadamente mediante el tensor deformación infinitesimal

Elasticidad y Diseño mecánico

En ingeniería mecánica es frecuente plantear problemas elásticos para decidir la adecuación de un diseño. En ciertas situaciones de interés práctico no es necesario resolver el problema elástico completo sino que basta con plantear un modelo simplificado y aplicar los métodos de la resistencia de materiales para calcular aproximadamente tensiones y desplazamientos. Cuando la geometría involucrada en el diseño mecánico es compleja la resistencia de materiales suele ser insuficiente y la resolución exacta del problema elástico inabordable desde el punto de vista práctico. En esos casos se usan habitualmente métodos numéricos como el Método de los elementos finitos para resolver el problema elástico de manera aproximada.

Un buen diseño normalmente incorpora unos requisitos de:

 resistencia adecuada,

 rigidez adecuada,

 estabilidad global y elástica.

PLASTICIDAD

En los materiales elásticos, en particular en muchos metales dúctiles, un esfuerzo uniáxica de tracción pequeño lleva aparejado un comportamiento elástico. Eso significa que pequeños incrementos en la tensión de tracción comporta pequeños incrementos en la deformación, si la carga se vuelve cero de nuevo el cuerpo recupera exactamente su forma original, es decir, se tiene una deformación completamente reversible. Sin embargo, se ha comprobado experimentalmente que existe un límite, llamado límite elástico, tal que si cierta función homogénea de las tensiones supera dicho límite entonces al desaparecer la carga quedan deformaciones remanentes y el cuerpo no vuelve exactamente a su forma. Es decir, aparecen deformaciones no-reversibles.

Este tipo de comportamiento elasto-plástico descrito más arriba es el que se encuentra en la mayoría de metales conocidos, y también en muchos otros materiales. El comportamiento perfectamente plástico es algo menos frecuente, e implica la aparición de deformaciones irreversibles por pequeña que sea la tensión, la arcilla de modelar y la plastilina se aproximan mucho a un comportamiento perfectamente plástico. Otros materiales además presentan plasticidad con endurecimiento y necesitan esfuerzos progresivamente más grandes para aumentar su deformación plástica total. E incluso los comportamientos anteriores pueden ir acompañados de efectos viscosos, que hacen que las tensiones sean mayores en casos de velocidades de deformación altas, dicho comportamiento se conoce con el nombre de visco-plasticidad.

La plasticidad de los materiales está relacionada con cambios irreversibles en esos materiales. A diferencia del comportamiento que es termodinámicamente reversible, un cuerpo que se deforma plásticamente experimenta cambios de entropía, como desplazamientos de las dislocaciones. En el comportamiento plástico parte de la energía mecánica se disipa internamente, en lugar de transformarse en energía potencial elástica.

Microscópicamente, en la escala de la red cristalina de los metales, la plasticidad es una

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