Resistencia De Los Materiales

Resistencia de los materiales

En esta investigación vamos hablar sobre la finalidad, aplicación y principios básicos que tiene la resistencia de los materiales.

Podemos decir que la resistencia de materiales clásica es una disciplina de la ingeniería mecánica y la ingeniería estructural que estudia los sólidos deformables mediante modelos simplificados. La resistencia de un elemento la definen como su capacidad para resistir esfuerzos y fuerzas aplicadas sin romperse.

Esto quiere decir que la resistencia de un elemento es la capacidad que tiene este para deformarse permanentemente o deteriorarse de alguna manera.

En un modelo de resistencia de materiales se establece una relación entre las fuerzas aplicadas, también llamadas cargas o acciones, y los esfuerzos y desplazamientos inducidos por ellas. Mencionan que generalmente las simplificaciones geométricas y las restricciones impuestas sobre el modo de aplicación de las cargas hacen que el campo de deformaciones y tensiones sean sencillos de calcular.

En la resistencia de materiales se aceptan de entrada unas hipótesis iniciales que sin afectar en su esencia los resultados de los temas de estudio simplifiquen el análisis que, de otra manera, se haría demasiado dispendioso.

Estos principios básicos que nos mencionan son:

• Los materiales se consideran homogéneos: esto quiere decir que se hace caso omiso de las variaciones de composición que de punto a punto de los mismos tienen los materiales reales.

• Los materiales se consideran continuos: tampoco se tienen en cuenta en los análisis las discontinuidades o poros que presentan los materiales. Piénsese en los casos de la madera y del concreto.

• Los materiales se consideran isótropos: significa que en los análisis generales no se tienen en cuenta las diferencias de propiedades en distintas direcciones del material.

• No se tienen en cuenta las fuerzas internas de tipo interatómico (fuerzas que permiten la interacción de los átomos en las moléculas) existentes en los materiales. Solo se consideran las fuerzas causadas por la aplicación de fuerzas externas.

• Principio de superposición: los efectos de un sistema de fuerzas sobre un elemento son iguales a la suma de los efectos individuales de cada una de las fuerzas. Es válido en el rango elástico lineal como se verá posteriormente.

• Principio de Saint Venant (científico francés): Cuando a un elemento estructural se le aplica una fuerza los esfuerzos que esta causa en puntos suficientemente alejados de ella no dependen de la forma concreta en que la carga es aplicada.

La finalidad de la Resistencia de Materiales es elaborar métodos simples de cálculo, aceptables desde el punto de vista práctico, de los elementos típicos más frecuentes de las estructuras, los elementos de máquinas y el equipamiento electromecánicos, empleando para ello diversos procedimientos aproximados.

Los problemas a resolver haciendo uso de esta ciencia son de dos tipos:

1. Dimensionamiento. Se trata de encontrar el material, las formas y dimensiones más adecuadas de una pieza, de manera tal que ésta pueda cumplir su cometido: con seguridad, en perfecto estado técnico y con gastos adecuados.

2. Verificación. Cuando el material, la forma y las dimensiones ya han sido prefijadas y es necesario conocer si son las adecuadas para resistir el estado de solicitaciones actuantes.

Esfuerzo y deformación debido a cargas externas: esfuerzos mecánicos, esfuerzos térmicos y ley de Hooke

En general un esfuerzo se define como el resultado de la división entre una fuerza y el área en la que se aplica. Se distinguen dos direcciones para las fuerzas, las que son normales al área en la que se aplican y las que son paralelas al área en que se aplican. Si la fuerza aplicada no es normal ni paralela a la superficie, siempre puede descomponerse en la suma vectorial de otras dos que siempre resultan ser una normal y la otra paralela.

Nos menciona que los esfuerzos con dirección normal a la sección, se denotan como σ (sigma) y representa un esfuerzo de tracción cuando apunta hacia afuera de la sección, tratando de estirar al elemento analizado. En cambio, representa un esfuerzo de compresión cuando apunta hacia la sección, tratando de aplastar al elemento analizado.

El esfuerzo con dirección paralela al área en la que se aplica se denota como τ (tau) y representa un esfuerzo de corte. Este esfuerzo, trata de cortar el elemento analizado, tal como una tijera cuando corta papel, uno de sus filos mueven el papel hacia un lado mientras el otro filo lo mueve en dirección contraria resultando en el desgarro del papel a lo largo de una línea.

Las unidades de los esfuerzos son las mismas que para la presión, fuerza dividida por área, se utilizan con frecuencia: MPa, psia, kpsia, kg/mm2, kg/cm2.

Así, los principales esfuerzos mecánicos se pueden enlistar como sigue:

• Tracción: esfuerzo a que está sometido un cuerpo por la aplicación de dos fuerzas que actúan en sentido opuesto, y tienden a estirarlo, aumentando su longitud y disminuyendo su sección.

• Compresión: esfuerzo a que está sometido un cuerpo por la aplicación de dos fuerzas que actúan en sentido opuesto, y tienden a comprimirlo, disminuyendo su longitud y aumentando su sección.

• Flexión: esfuerzo que tiende a doblar el objeto. Las fuerzas que actúan son paralelas a las superficies que sostienen el objeto. Siempre que existe flexión también hay esfuerzo de tracción y de compresión.

• Cortadura: esfuerzo que tiende a cortar el objeto por la aplicación de dos fuerzas en sentidos contrarios y no alineadas. Se encuentra en uniones como: tornillos, remaches y soldaduras.

• Torsión: esfuerzo que tiende a retorcer un objeto por aplicación de un momento sobre el eje longitudinal.

Esfuerzos térmicos

Se dice que un esfuerzo es térmico cuando varía la temperatura del material. Al presentarse un cambio de temperatura en un elemento éste experimentará una deformación axial, denominada deformación térmica. Si la deformación es controlada no se presenta deformación pero si un esfuerzo denominado térmico.

Entonces podemos decir que un esfuerzo térmico es un esfuerzo de tensión o compresión que se produce en un material que sufre una dilatación o contracción térmica. Un cambio de temperatura puede ocasionar que un material cambie sus dimensiones. Si la temperatura aumenta, generalmente un material se dilata, mientras

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