Resistencia de materiales semana 1

SOLUCIONARIO RESISTENCIA DE MATERIALES 1

SEMANA 2

Con ayuda de una impresora 3D industrial, se fabricaron piezas de polímero de alta densidad, diseñadas especialmente para la construcción de un montaje experimental para un motor de alta potencia. Tras instalar dichas piezas, y al poco tiempo de funcionamiento del motor, el montaje se desarmó, y se notó que muchas de estas piezas estaban rotas, con claros signos de desgarros en las zonas de ruptura.

Has sido contratado para averiguar la causa y recomendar el desarrollo de nuevas piezas.

A continuación, responde lo siguiente:

1. ¿Qué tipos de fracturas pudieron sufrir las piezas del motor de alta potencia? Argumenta tu respuesta.

Las piezas del motor de alta potencia podrían haber experimentado fracturas por diferentes mecanismos, como:

Fractura frágil:

En este caso, las piezas se rompen de manera repentina y sin deformación plástica significativa. Este tipo de fractura puede ocurrir debido a una carga repentina y excesiva que excede la resistencia del material. Los signos de desgarros en las zonas de ruptura sugieren que podría haber ocurrido una fractura frágil en algunas de las piezas del motor.

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Fractura por fatiga:

Este tipo de fractura ocurre debido a la aplicación repetida de cargas cíclicas, lo que debilita gradualmente el material y lleva a una fractura. Las piezas del motor podrían haber experimentado ciclos de carga y descarga durante su funcionamiento, lo que podría haber provocado la fractura por fatiga. Sin embargo, es necesario realizar un análisis más detallado para confirmar si este mecanismo fue el responsable de las fracturas.

[pic 2]

1. Explica un ejemplo de una falla por fatiga para una pieza metálica, y un ejemplo para una pieza polimérica. Describe en cada caso el efecto de la fatiga del material en la vida útil de las piezas en cuestión.

Un ejemplo común de falla por fatiga en una pieza metálica es la fractura de una biela de un motor de combustión interna. La biela está sometida a cargas cíclicas repetitivas debido al movimiento alternativo del pistón. Con el tiempo, el material de la biela puede experimentar micro grietas que se propagan gradualmente bajo las cargas cíclicas hasta que la pieza se rompe. El efecto de la fatiga del material en la vida útil de la biela es que, con cada ciclo de carga, las microgrietas crecen hasta alcanzar un punto crítico de fractura, lo que finalmente provoca la ruptura de la biela.

[pic 3]

Ejemplo de falla por fatiga en una pieza polimérica: Un ejemplo de falla por fatiga en una pieza polimérica podría ser un engranaje de un mecanismo que se utiliza repetidamente en una máquina industrial. Las cargas cíclicas aplicadas al engranaje pueden provocar la acumulación de tensiones en el material, lo que conduce a la formación y propagación de microgrietas. A medida que las microgrietas se propagan, el material se debilita y, eventualmente, se produce una fractura. El efecto de la fatiga del material en la vida útil del engranaje polimérico es similar al caso de la biela metálica, donde las microgrietas crecen con cada ciclo de carga hasta que el engranaje falla.

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