Analizar el comportamiento de los materiales al ser sometidos a un esfuerzo de cortante o de torsión

OBJETIVO

Analizar el comportamiento de los materiales al ser sometidos a un esfuerzo de cortante o de torsión

EQUIPOS UTILIZADOS

- Flexometro

- Mesa con soporte

- Deformimetro

MARCO TEORICO

Muchos materiales cuando están en servicio están sujetos a fuerzas o cargas. En tales condiciones es necesario conocer las características del material para diseñar el instrumento donde va a usarse de tal forma que los esfuerzos a los que vaya a estar sometido no sean excesivos y el material no se fracture. El comportamiento mecánico de un material es el reflejo de la relación entre su respuesta o deformación ante una fuerza o carga aplicada. El ensayo de torsión se aplica en la industria para determinar constantes elásticas y propiedades de los materiales. También se puede aplicar este ensayo para medir la resistencia de soldaduras, uniones, adhesivos, etc.

La torsión en sí se refiere a un desplazamiento circular de una determinada sección transversal de un elemento cuando se aplica sobre éste un momento torsor o una fuerza que produce un momento torsor alrededor del eje. La torsión se puede medir observando la deformación que produce en un objeto un par determinado. Por ejemplo, se fija un objeto cilíndrico de longitud determinada por un extremo, y se aplica un par de fuerzas al otro extremo; la cantidad de vueltas que dé un extremo con respecto al otro es una medida de torsión. Los materiales empleados en ingeniería para elaborar elementos de máquinas rotatorias, como los cigüeñales y árboles motores, deben resistir las tensiones de torsión que les aplican las cargas que mueven.

La deformación plástica alcanzable con este tipo de ensayos es mucho mayor que en los de tracción (estricción) o en los de compresión.

DEFINICIÓN DE ESFUERZO CORTANTE Y DEFORMACIÓN ANGULAR

Si una probeta cilíndrica de longitud L es sometida a un torque T, el ángulo de torsión está dado por la siguiente ecuación:

P=T L/G I

En donde G es el módulo de corte del material de la probeta e es el momento de inercia polar de la sección transversal de dicha probeta.

Sobre la base de la ecuación anterior, se puede determinar experimentalmente el módulo de corte G del material constituyente de la probeta.

Si los esfuerzos cortantes no sobrepasan el límite de proporcionalidad, dicho esfuerzo se distribuye linealmente, es cero en el eje central de la probeta y tiene un valor máximo en la periferia.

Una probeta de sección cilíndrica sometida a torsión. En este caso, el valor del esfuerzo cortante es igual a:

Siendo el módulo resistente a la torsión y está definido por:

Donde:

Siendo d el diámetro de la probeta, por lo tanto d = 2R.

Reemplazando el momento de inercia polar, en función del radio, se obtiene

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