Factor de diseño

FACTOR DE DISEÑO

El termino factor de diseño, N, es una medida de la seguridad relativa de un componente bajo la acción de una carga. En la mayor parte de los casos, la resistencia del material con que se fabricará el componente se divide entre el factor de diseño para determinar un esfuerzo de diseño que a veces se llama esfuerzo admisible o permisible. Entonces, el esfuerzo real que se desarrolla en el componente debe ser menor que el esfuerzo de diseño. Para algunos tipos de cargas, es más cómodo establecer una relación con que se pueda calcular el factor de diseño, a partir de los esfuerzos reales aplicados y de la resistencia del material.

Cuando no se cuenta con normas o códigos, el diseñar debe aplicar su juicio para especificar el factor de diseño adecuado. Parte de la filosofía de diseño se refiere a asuntos como la naturaleza de la aplicación, el ambiente, la naturaleza de las cargas sobre el componente que se va a diseñar, el análisis del esfuerzo, las propiedades del material y el grado de confianza en los datos que se emplean en el proceso de diseño. Todas estas consideraciones afectan la decisión acerca de qué valor del factor de diseño es el adecuado:

Para materiales dúctiles:

1. N= 1.25 a 2.0; el diseño de estructuras bajo cargas estáticas, para las que haya un alto grado de confianza en todos los datos del diseño.
2. N= 2.0 a 2.5; diseño de elementos de máquinas bajo cargas dinámicas con una confianza promedio en todos los datos del diseño.
3. N= 2.5 a 4.0; diseño de estructuras estáticas o elementos de máquinas bajo cargas dinámicas con incertidumbre acerca de las cargas.
4. N= 4.0 o más; diseño de estructuras estáticas o elementos de máquinas bajo cargas dinámicas, con incertidumbres en cuando a algunas combinación de cargas.

Para materiales frágiles:

1. N= 3.0 a 4.0; diseño de estructuras bajo cargas estáticas donde haya un alto grado de confianza en todos los datos de diseño.
2. N= 4.0 a 8.0; diseño de estructuras estáticas o elementos de máquinas bajo cargas dinámicas con incertidumbre acerca de cargas.

NORMAS Y CODIGOS USUALMENTE USADAS EN EL CAMPO DEL DISEÑO MECANICO.

Norma

Es un conjunto de especificaciones para piezas, materiales o procesos establecidos con el fin de lograr uniformidad, eficacia, eficiencia y una calidad especificada. Uno de los objetivos importantes de una norma es fijar un límite al número del término en las especificaciones, asi como permitir que se tenga un inventario razonable de herramientas, tamaños, formas y variedades.

Código

Es un conjunto de especificaciones para efectuar el análisis, el diseño, la fabricación y construcción de un objeto o sistema. El propósito de un código es alcanzar un grado especificado de seguridad, eficacia, eficiencia y buen funcionamiento o buena calidad. Es importante observar que códigos de seguridad no implican la seguridad absoluta.

A continuación una lista de las sociedades de ingenieros y oficinas gubernamentales, industriales o internacionales que publican normas y códigos de interés potencial para el ingeniero mecánico.

(AGMA) Asociación Americana de Fabricantes de Engranajes

(AISC) Instituto Americano de Construcción de Acero

(AISI) Instituto Americano del Hierro y Acero

(ANSI) Instituto Nacional Americano de Estándares

(ASM) Sociedad Americana de Metales

(ASME) Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos

(ASTM)  La Sociedad Americana para Pruebas y Materiales

(AWS) Sociedad Americana de Soldadura

(AFBMA) Asociación de Fabricantes de Rodamientos Antifricción

(ISO) Organización Internacional de Estándares

(NIST) Instituto Nacional de Estándares y Tecnología

(SAE) Sociedad de Ingenieros Automotrices

(SPE) Sociedad de Ingenieros De Plásticos

(UL) Laboratorios Certificados

DUCTILIDAD

Es el grado en el cual un material se deformará antes de su fractura final. Cuando se usan materiales dúctiles en elementos de máquinas, se detecta con facilidad la inminente falla y es rara una falla repentina. También los materiales dúctiles resisten, bajo condiciones normales, las cargas repetidas sobre los elementos de máquina.

La medida usual de la ductilidad es el porcentaje de elongación o de alargamiento del material cuando se fractura una prueba normalizada de tensión.

Desde el punto de vista teórico, se considera que un material dúctil si su porcentaje de alargamiento es mayor que 5%, los valores menores indican fragilidad, en la gráfica esfuerzo deformación, por razones prácticas se aconseja usar un material con 12% o mayor de elongación, para miembros de máquinas sujetas de cargas repetitivas de choque o impacto.

FRAGILIDAD

La fragilidad es la cualidad de los objetos y materiales de perder su estado original con bastante facilidad. Aunque técnicamente la fragilidad se define más propiamente como la capacidad de un material de fracturarse con escasa deformación. Por el contrario, los materiales dúctiles o tenaces se rompen tras sufrir acusadas deformaciones, generalmente de tipo deformaciones plásticas. La fragilidad es lo contrario de la tenacidad y tiene la peculiaridad de absorber relativamente poca energía, a diferencia de la rotura dúctil.

Ejemplo

[pic 1]

[pic 2]

Esquema de la respuesta de una barra cilíndrica de metal a una fuerza de tracción de dirección opuesta a sus extremos. (a) Fractura frágil. (b) Fractura dúctil. (c) Fractura totalmente dúctil.

CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES SÓLIDOS

Los materiales solidos se pueden clasificar en cuatro categorías: metales, cerámicas y vidrios, polímeros y elastómeros, y compuestos. Generalmente los miembros de cada clase tienen características comunes siguientes:

1. Propiedades similares, como composición química y estructura atómica.
2. Rutas de procesos similares
3. Aplicaciones similares

Metales

Los metales poseen ciertas propiedades físicas características, entre ellas son conductores de la electricidad. La mayoría de ellos son de color grisáceo, pero algunos presentan colores distintos; el bismuto (Bi) es rosáceo, el cobre (Cu) rojizo y el oro (Au) amarillo. En otros metales aparece más de un color; este fenómeno se denomina policromismo.

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