Diagrama Esfuerzo-Deformación

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Instituto Tecnológico de Tijuana

Ingeniería Mecánica – Mecánica de materiales

“Investigación”[pic 2]

Diagrama Esfuerzo-Deformación

Las propiedades mecánicas de un material se determinan mediante diversas pruebas de laboratorio, como dureza, ductilidad y ductilidad. La resistencia a la tensión del material obtenida durante el ensayo o ensayo donde se aplican fuerzas (tracción, compresión, torsión) y se observa su comportamiento.

Al elegir el material que conforma un edificio o de la máquina, es necesario conocer sus propiedades mecánicas y la resistencia al estrés. Las propiedades mecánicas del material se determinan mediante diversos ensayos de laboratorio tales como la dureza, ductilidad y ductilidad.

El diagrama que muestra la relación entre la tensión y la deformación de un material en particular es una propiedad importante del material. Las pruebas de esfuerzo se realizan generalmente en una muestra de material para obtener un diagrama de esfuerzo-deformación del material.

Representación gráfica del Diagrama esfuerzo-deformación

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Zonas importantes del diagrama esfuerzo deformación

1. Zona Elástica: Es la parte donde al retirar la carga el material regresa a su forma y tamaño inicial.
2. Zona de cedencia: Región en donde el material se comporta plásticamente; es decir, en la que continúa deformándose bajo una tensión “constante”.
3. Zona de Endurecimiento: Zona en donde el material retoma tensión para seguir deformándose; va hasta el punto de tensión máxima.
4. Zona de Estricción: En este último tramo el material se va poniendo menos tenso hasta el momento de la fractura.
5. Límite proporcional:  Tensión máxima para la cual la deformación es proporcional a la tensión.
6. Módulo de Elasticidad (E):  Relación entre la tensión y la deformación del acero.  Válida hasta el límite proporcional.
7. Tensión de Fluencia:  Tensión para la cual el material se comporta plásticamente, el cual fluye a un valor constante de tensión.
8. Límite Elástico: Tensión máxima para la cual la deformación es completamente recuperable.  Pasado ese valor, queda una deformación permanente.[pic 4]

Esfuerzo: en mecánica de materiales, se define como la fuerza a la que está sometida cada unidad de área de un material.

Tipos de esfuerzo:

Tracción: un elemento trabaja a tracción, o está sometido a un esfuerzo de tracción cuando fuerzas con la misma dirección y de sentidos contrarios tienden a estirarlo. Ejemplos de elementos a tracción son los cables, cuerdas y lonas tensadas.

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Compresión: esfuerzo al que está sometido un cuerpo por la aplicación de fuerzas que actúan en el mismo sentido, y tienden a acortarlo. Es lo contrario a la tracción y hace que se aproximen las diferentes partículas de un material, tendiendo a producir acortamientos o aplastamientos.

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Flexión: es el esfuerzo resultante de aplicar fuerzas perpendicularmente al eje principal del elemento que tienden a doblarlo. La flexión produce compresión en la parte cóncava del elemento y tracción en la opuesta, la convexa.

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Torsión: las fuerzas que actúan sobre un objeto sometido a torsión tratan de retorcerlo, de girarlo en dos direcciones contrarias.

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Cortante: el esfuerzo cortante, de corte, de cizalla o de cortadura es el esfuerzo interno o resultante de las tensiones paralelas a la sección transversal de un prisma mecánico como por ejemplo una viga o un pilar.

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Deformación: es el cambio de la forma original que sufre un material al estar sometido a esfuerzos. Cabe mencionar que existen dos tipos de deformación: las deformaciones elásticas y plásticas.

Tipos de deformaciones:

Deformación elástica. Cuando se libera la tensión, el material vuelve a su forma original. La transformación es reversible, no es permanente. 

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Deformación plástica. Esto ocurre cuando el material se somete a una gran tensión y se retira, pero el material no vuelve a su forma original. Hay cambios permanentes e irreversibles. El límite elástico de un material se denomina valor de tensión mínimo requerido para producir deformación plástica.

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Los diagramas de tensión-deformación para diferentes materiales son muy diferentes y diferentes pruebas de tensión para el mismo material pueden dar resultados diferentes, dependiendo de la temperatura de la muestra y la tasa de aplicación de la carga. Sin embargo, es posible distinguir algunas características comunes entre los diagramas esfuerzo - deformación de varios grupos de materiales y dividirlos en dos amplias categorías sobre la base de estas características. Materiales dúctiles y materiales frágiles.

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La siguiente figura muestra un ejemplo claro de los diferentes comportamientos de los materiales bajo cargas similares, cómo reaccionan a la tensión y la cantidad de deformación que puede leer cada material.

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Ley de Hooke

Esta ley recibe su nombre del físico inglés Robert Hooke, contemporáneo de Isaac Newton, y contribuyente prolífico de la arquitectura. Ante el temor de que alguien se apoderara de su descubrimiento, Hooke lo publicó en forma de un famoso anagrama, ceiiinosssttuv, revelando su contenido un par de años más tarde. El anagrama significa Ut tensio sic vis ("como la extensión, así la fuerza").

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En física, la ley de elasticidad de Hooke o ley de Hooke, originalmente formulada para casos de estiramiento longitudinal, establece que el alargamiento unitario que experimenta un cuerpo elástico es directamente proporcional a la fuerza aplicada sobre el mismo (F):

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Le fuerza de tracción de los materiales elásticos cumple con la ley de Hooke anterior. Esta ley establece la relación entre tensión y deformación que recibe un objeto cuando se carga.

El estrés y la tensión son proporcionales. Es decir, si el material resiste una mayor tensión, cuanto mayor sea la tensión y menos se deforme el material, menor será la tensión que tendrá.

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