Inestabilidad Plastica

inestabilidad plástica

La inestabilidad plástica puede ser responsable en otros casos de la propagación rápida de una fisura, dando así origen a un fenómeno de fractura dúctil rápida. Hoy se sabe que muchas fallas catastróficas que en el pasado fueron atribuidas a fracturas frágiles, tuvieron su origen como inestabilidades dúctiles. El incremento logrado en las últimas décadas en la resistencia y tenacidad de los materiales, hace que el fenómeno de falla por inestabilidad dúctil sea objeto de especial atención por parte de ingenieros e investigadores.

Bajo ciertas condiciones que analizaremos más adelante, un material que ha alcanzado la condición plástica puede inestabilizarse y conducir rápidamente a un colapso plástico. Un ejemplo conocido de este fenómeno es la estricción que precede a la rotura en el ensayo de tracción de un material dúctil que se ilustra en la Fig. 1.2.

La inestabilidad plástica puede ser responsable en otros casos de la propagación rápida de una fisura, dando así origen a un fenómeno de fractura dúctil rápida. Hoy se sabe que muchas fallas catastróficas que en el pasado fueron atribuidas a fracturas frágiles, tuvieron su origen como inestabilidades dúctiles. El incremento logrado en las últimas décadas en la resistencia y tenacidad de los materiales, hace que el fenómeno de falla por inestabilidad dúctil sea objeto de especial atención por parte de ingenieros e investigadores.

Condición plástica:

Es un fenómeno asociado con las estructuras que tienen limitada su rigidez y están sujetas a compresión, flexión, torsión, combinación de tales cargas. La inestabilidad elástica es una condición en la cual la forma de la estructura es alterada como resultado de rigidez insuficiente.

Esta diapositiva muestra un caso común de inestabilidad elástica representado por el pandeo de una columna de sección “U” en la que se ve la deformación experimentada por las alas de la misma como consecuencia del esfuerzo de compresión aplicado que ha superado la carga crítica.

Estricción

Fenómeno que se produce en la probeta tras alcanzar el límite de carga. Representa el estrechamiento de la probeta (formación de un istmo, o garganta), que conduce a la rotura del material al no poder soportar las tensiones generadas.

Excesiva deformación plástica

La excesiva deformación plástica constituye sin duda el modo de falla comprendido en un componente estructural, y es la base del diseño clásico de componentes estructurales. En efecto, dicho diseño tiene como objetivo fundamental establecer las dimensiones de las secciones resistentes necesarias para asegurar un comportamiento elástico de las mismas. Esto significa en teoría que en ningún punto de una sección resistente se alcance una condición de fluencia, es decir de deformación plástica. Sin embargo, en las estructuras reales, y muy particularmente en las estructuras soldadas, la presencia de concentradores de tensión mas o menos severos es inevitable y

por lo tanto también lo es la existencia de zonas plastificadas en el vértice de tales concentradores. De todos modos, en la medida que el tamaño de tales zonas plásticas sea pequeño en relación con las dimensiones características de la sección resistente, puede considerarse que la sección se comportará, al menos desde un punto de vista ingenieril, de manera elástica. En cambio, si por un incremento en las cargas las zonas plásticas se propagan hasta alcanzar una fracción significativa de la sección, nos encontramos ante una falla por excesiva deformación plástica. En el caso extremo, la sección completa puede llegar a plastificarse y en tal caso hablamos de una condición

Diagrama esfuerzo deformación real

Zona elástica

La zona elástica es la parte donde al retirar la carga el material regresa a su forma y tamaño inicial, en casi toda la zona se presenta una relación lineal entre la tensión y la deformación y tiene aplicación la ley de Hooke. La pendiente en este tramo es el módulo de Young del material. El punto donde la relación entre ? y ? deja de ser lineal se llama límite proporcional. El valor de la tensión en donde termina la zona elástica, se llama límite elástico, y a menudo coincide con el límite proporcional en el caso del acero.

Meseta de fluencia

Región en donde el material se comporta plásticamente; es decir, en la que continúa deformándose bajo una tensión "constante" o, en la que fluctúa un poco alrededor de un valor promedio llamado límite de cedencia o fluencia.

Endurecimiento por deformación

Zona en donde el material retoma tensión para seguir deformándose; va hasta el punto de tensión máxima, llamado por algunos tensión ó resistencia última por ser el último punto útil del gráfico.

Zona de tensión post-máxima

En éste último tramo el material se va poniendo menos tenso hasta el momento de la fractura. La tensión de fractura es llamada también tensión última por ser la última tensión que soportó el material.

La inestabilidad plástica en cargas de tracción

Se explicara por que en deformación a tracción los materiales pueden empezar a formar un cuello (estricción) debido a la inestabilidad plástica. Es decir empiezan a fluir de forma localizada en una sección de muestra o el componente, como puede verse en la figura 11.5 y si la deformación continua el material se romperá por ahí. Las plastilina forma rápidamente cuellos; el chicle es mu poco propenso a formar cuellos.

Analizaremos la inestabilidad haciendo notar que la fuerza F e aplica en lo extremos de la probeta de la figura 11.5, por lo que cualquier sección soporta esta carga. ¿pero es capaz de hacerlo? Supongamos que una sección se deforma un poco mas que el resto como muestra la figura. La sección es menor por lo que la tensión es mayor que en cualquier otro sitio. Si el endurecimiento por el trabajo en frio eleva suficiente el limite elástico, la sección reducida puede soportar la fuerza F, pero en caso contrario

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