Propiedades Mecánicas De Los Materiales

PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS MATERIALES

Las propiedades mecánicas pueden definirse como aquellas que tienen que ver con el comportamiento de un material bajo fuerzas aplicadas. Las propiedades mecánicas se expresan en términos de cantidades que son funciones del esfuerzo o de la deformación o ambas simultáneamente.

Las propiedades mecánicas fundamentales son la resistencia, la rigidez, la elasticidad, la plasticidad y la capacidad energética. La resistencia de un material se mide por el esfuerzo según el cual desarrolla alguna condición limitativa específica. Las principales condiciones limitativas o criterios de falla son la terminación de la acción elástica y la ruptura. La dureza, usualmente indicada por la resistencia a la penetración o la abrasión en la superficie de un material, puede considerarse como un tipo o una medida particular de la resistencia. La rigidez tiene que ver con la magnitud de la deformación que ocurre bajo la carga; dentro del rango del comportamiento elástico, la rigidez se mide por el módulo de elasticidad.

La elasticidad se refiere a la capacidad de un material de deformarse no permanentemente al retirar el esfuerzo. El término plasticidad se usa para indicar la capacidad de deformación en el rango elástico o plástico sin que ocurra ruptura; un ejemplo de medición de la plasticidad es la ductilidad de algunos metales, llamados dúctiles. La capacidad de un material para absorber energía elástica depende de la resistencia y la rigidez; por ejemplo, la capacidad energética en el rango de acción elástica se denomina resiliencia; la energía requerida para romper un material se denomina tenacidad.

TIPOS DE ENSAYOS MECANICOS

Para aproximar las condiciones en que un material debe comportarse en servicio, es necesario cierto número de procedimientos de ensayos. La relación, entre varios procedimientos de ensayo puede evidenciarse por medio de una clasificación ordenada de las condiciones de ensayo, los tipos principales de las cuales son:

1. Aquellas relacionadas con la manera en que la carga es inducida.

2. Aquellas que tienen que ver con la condición del material o probeta misma en el momento del ensayo.

3. Aquellas relacionadas con la condición de los alrededores (condición ambiente) durante el progreso del ensayo, como en los estudios de exposición atmosférica.

El método de aplicación de la carga es la base más común para designar o clasificar los ensayos mecánicos. Hay tres factores involucrados en la definición de la manera en que la carga es aplicada: la clase de esfuerzo inducido, la velocidad a la cual la carga se aplica y el número de veces que la carga es aplicada.

En el ensayo mecánico de probetas preparadas hay cinco tipos primarios de cargas; según lo dictado por la condición de esfuerzo a inducir: tensión, compresión, corte directo, torsión y flexión.

Con respecto al ritmo según el cual se aplica, los ensayos pueden clasificarse en tres grupos. Si la carga es aplicada durante un periodo de tiempo relativamente corto, pero con lentitud suficiente para que pueda considerarse que la rapidez del ensayo tenga un efecto prácticamente despreciable sobre los resultados, el ensayo se denomina estático.

Si la carga es aplicada muy rápidamente de modo que el efecto de la inercia y el factor tiempo queden involucrados, los ensayos se llaman dinámicos. Si la carga es sostenida durante un largo periodo, el ensayo se denomina de larga duracion, donde los ensayos de creep constituyen un caso especial.

Con respecto al número de veces que la carga es aplicada, los ensayos pueden clasificarse en dos grupos: En el primer grupo, el cual incluye el mayor número de ensayos realizado, una sola aplicación de carga constituye el ensayo. En el segundo grupo, la carga se repite muchas veces, millones si es necesario.

ESFUERZO Y DEFORMACIÓN

El esfuerzo se define aquí como la intensidad de las fuerzas componentes internas distribuidas que resisten un cambio en la forma de un cuerpo. El esfuerzo se define en términos de fuerza por unidad de area. Existen tres clases básicas de esfuerzos: tensivo, compresivo y corte. El esfuerzo se computa sobre la base de las dimensiones del corte transversal de una pieza antes de la aplicación de la carga, que usualmente se llaman dimensiones originales.

La deformación se define como el cambio de forma de un cuerpo, el cual se debe al esfuerzo, al cambio térmico, al cambio de humedad o a otras causas. En conjunción con el esfuerzo directo, la deformación se supone como un cambio lineal y se mide en unidades de longitud. En los ensayos de torsión se acostumbra medir la deformación cómo un ángulo de tención (en ocasiones llamados detrusión) entre dos secciones especificadas.

Cuando la deformación se define como el cambio por unidad de longitud en una dimensión lineal de un cuerpo, el cual va acompañado por un cambio de esfuerzo, se denomina deformación unitaria debida a un esfuerzo. Es una razón o número no dimensional, y es, por lo tanto, la misma sin importar las unidades expresadas (figura 17), su cálculo se puede realizar mediante la siguiente expresión:

 = e / L (14) donde,

 : es la deformación unitaria

e : es la deformación

L : es la longitud del elemento

Figura 17: Relación entre la deformación unitaria y la deformación.

Si un cuerpo es sometido a esfuerzo tensivo o compresivo en una dirección dada, no solo ocurre deformación en esa dirección (dirección axial) sino también deformaciones unitarias en direcciones perpendiculares a ella (deformación lateral). Dentro del rango de acción elástica la compresión entre las deformaciones lateral y axial en condiciones de carga uniaxial (es decir en un solo eje) es denominada relación de Poisson. La extensión axial causa contracción lateral, y viceversa.

ELASTICIDAD

La elasticidad es aquella propiedad de un material por virtud de la cual las deformaciones causadas por el esfuerzo desaparecen al removérsele. Algunas sustancias, tales como los gases, poseen únicamente elasticidad volumétrica, pero los sólidos pueden poseer, además, elasticidad de forma. Un cuerpo perfectamente elástico se concibe como uno que recobra completamente su forma y sus dimensiones originales al retirarse el esfuerzo.

No se conocen materiales que sean perfectamente elásticos a través del rango de esfuerzos completo hasta la ruptura, aunque

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