esfuerzos reales e ingenieriles
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5/24/2018 Esfuerzos Reales e Ingenieriles
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Tarea 1:CRITERIOS DE LOS MODOS DE
FALLA DE FLUENCIA Y DE
INESTABILIDAD:
Modos de falla.
Llamamos modo de falla al fenmeno o mecanismo responsable del evento o condicin de
falla. En este sentido, los modo de falla que en general pueden afectar a un componenteestructural, son:
Inestabilidad elstica (pandeo local o generalizado) Excesiva deformacin elstica
Excesiva deformacin plstica (fluencia generalizada)
Inestabilidad plstica (estriccin, pandeo plstico)
Fatiga de alto ciclo y bajo ciclo Corrosin, erosin, corrosin-fatiga, corrosin bajo tensiones, etc.
Creepy creep-fatiga
Fractura rpida (frgil, dctil, mixta)
Los cuatro primeros modos de falla pueden ser atribuidos fundamentalmente a falencias en
el diseo del elemento estructural (excepto en el caso en que la falla se produzca como
consecuencia de una carga superior a las mximas previstas en el diseo). Los cuatro modosmencionados en ltimo trmino, si bien pueden ser causados por un diseo incorrecto,
obedecen muchas veces a factores introducidos durante las etapas de fabricacin del
elemento. En particular los problemas de fatiga, corrosin y fractura rpida suelen estarestrechamente relacionados con las operaciones de soldadura que se hayan utilizado .
Excesiva deformacin e inestabilidad elstica.
El modo de falla por excesiva deformacin elstica se produce por ejemplo cada vez queuna pieza que debe mantener sus dimensiones dentro de ciertos lmites, sufre una
deformacin elstica que hace que aquellas excedan el valor admisible, conduciendo a
problemas de interferencia tales como atascami ento o a deflexiones excesivas. En el caso de
uniones soldadas, la recuperacin elstica que sigue a la liberacin de una piezainmovilizada durante la soldadura, puede conducir a cambios dimensionales o distorsiones
inadmisibles. Estos problemas de distorsin en soldadura son muchas veces difciles de
resolver y sern analizados ms adelante.
La forma ms comn del modo de falla por inestabilidad elstica es la constituida por el
fenmeno de pandeo que se ilustra en la Fig. 1.1.
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Este se produce cuando un elemento estructural esbelto tal como una columna es sometido a
una carga de compresin suficientemente alta segn su eje longitudinal. Puede demostrarseque existe una carga que depende del momento de inercia de la seccin resistente, del
mdulo elstico del material, y de la forma de sujecin del elemento, por encima de la cuallas deflexiones laterales crecen sin lmite conduciendo a la destruccin del componente. El
fenmeno de pandeo puede adoptar una forma global, es decir afectar a todo el componentecomo en el caso de una columna, o ser local afectando slo una parte de la estructura como
ocurrira en el caso de una fabricacin con paneles en compresin donde slo alguno de
tales paneles sufre pandeo. La presencia de una soldadura puede afectar de manerasignificativa la resistencia al pandeo de un elemento estructural debido a la introduccin de
tensiones residuales. Segn como se ubique este campo de tensiones, el efecto de la
presencia de la soldadura puede ser perjudicial o beneficioso. En efecto, segn veremos ms
adelante, una soldadura tiene asociada una tensin residual longitudinal del orden de latensin de fluencia del material, de modo que si esta tensin traccin se localiza de modo de
oponerse a las tensiones de compresin generadas por las cargas externas, la carga crtica de
pandeo se ver incrementada. Por supuesto, lo contrario ocurre si son las tensionesresiduales de compresin y no las de traccin las que se suman a las debidas a las cargas
externas de compresin.
Excesiva deformacin plstica
La excesiva deformacin plstica constituye sin duda el modo de falla mejor comprendidoen un componente estructural, y es la base del diseo clsico de componentes estructurales.
En efecto, dicho diseo tiene como objetivo fundamental establecer las dimensiones de las
secciones resistentes necesarias para asegurar un comportamiento elstico de las mismas.
Esto significa en teora que en ningn punto de una seccin resistente se alcance una
condicin de fluencia, es decir de deformacin plstica. Sin embargo, en las estructurasreales, y muy particularmente en las estructuras soldadas, la presencia de concentradores de
tensin ms o menos severos es inevitable y por lo tanto tambin lo es la existencia de zonas
plastificadas en el vrtice de tales concentradores. De todos modos, en la medida que eltamao de tales zonas plsticas sea pequeo en relacin con las dimensiones caractersticas
de la seccin resistente, puede considerarse que la seccin se comportar, al menos desde un
punto de vista ingenieril, de manera elstica. En cambio, si por un incremento en las cargaslas zonas plsticas se propagan hasta alcanzar una fraccin significativa de la seccin, nos
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encontramos ante una falla por excesiva deformacin plstica. En el caso extremo, la
seccin completa puede llegar a plastificarse y en tal caso hablamos de una condicin de
fluencia generalizada.
Inestabilidad plstica
Bajo ciertas condiciones que analizaremos ms adelante, un material que ha alcanzado lacondicin plstica puede inestabilizarse y conducir rpidamente a un colapso plstico. Un
ejemplo conocido de este fenmeno es la estriccin que precede a la rotura en el ensayo de
traccin de un material dctil que se ilustra en la Fig. 1.2.
La inestabilidad plstica puede ser responsable en otros casos de la propagacin rpida deuna fisura, dando as origen a un fenmeno de fractura dctil rpida. Hoy se sabe que
muchas fallas catastrficas que en el pasado fueron atribuidas a fracturas frgiles, tuvieron
su origen como inestabilidades dctiles. El incremento logrado en las ltimas dcadas en laresistencia y tenacidad de los materiales, hace que el fenmeno de falla por inestabilidad
dctil sea objeto de especial atencin por parte de ingenieros e investigadores.
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Tarea 2:Esfuerzos Reales e Ingenieriles
CONCEPTOS:
Esfuerzo Real.- Carga dividida entre el rea real en la regin de adelgazamiento. Contina
subiendo hasta el punto de fractura, en contraste con el esfuerzo ingenieril.
ESFUERZO REALES E INGENIERILES PARA UN ACERO 1020:
Luego de haber realizado el ensayo de traccin, se obtienen datos de Carga VS Elongacin, los
cuales son traducidos a una grfica de Esfuerzo VS Deformacin, tanto real como ingenieril.
Estas grficas permiten la identificacin de diversos valores de inters para el estudio de las
propiedades mecnicas de las diferentes probetas sometidas al ensayo, tales como resistencia a la
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fluencia, resistencia mxima a la traccin, resistencia y esfuerzo de fractura, porcentaje de
elongacin y reduccin de rea, y deformaciones verdaderas a fractura, as como tambin las
ecuaciones de Hollommon respectivas.
Probeta de Acero 1020
Grfica 1: Carga (kgf) VS diferencial de longitud (mm) para la probeta de acero 1020.
Grfica 2: Esfuerzo ingenieril (Kgf/mm^2) VS deformacin ingenieril para la probeta de acero 1020.
Curva de traccin del acero
-1000
-500
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Diferencial longitud (mm)
Carga(Kgf
Curva de traccin del acero
-10
0
10
20
30
40
50
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4
Deformacin Ingenieril
EsfuerzoIngenieril(Kgf/mm^2)
Curva de traccin
Medicin D instantneos
1 9
2 8,97
3 8,94
4 8,82
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Tabla 1: Dimetros instantneos medidos para el ensayo de traccin de la probeta de acero 1020.
Grfica 3: Log- Log Esfuerzo real (Kgf/mm^2) VS deformacin real de la probeta de acero 1020.
Las grficas de esfuerzo-deformacin ingenieril difieren notablemente de las grficas de
esfuerzo-deformacin real. En la grfica real los valores sern siempre mayores que los
reportados en la grfica ingenieril, pues el rea considerada (en la grfica real) es el rea
instantnea que tiene la probeta, la cual est disminuyendo por causa de la reduccin de dimetro
que est sufriendo debido a la carga de traccin que se le est aplicando, mientras que para la
grfica ingenieril, el rea considerada para cada valor es el rea inicial.
Sy Su Sfr fr % El % Ra fr mAcero 1020 30,44 45,91 33,77 70 33,19 62,66 0,98 0,1615
Tabla 2: Propiedades mecnicas de la probeta ensayada.
CONCLUSION:
- El esfuerzo real siempre ser mayor que el esfuerzo ingenieril.
5 8,69
Descarga 1 8,74
7 8,67
8 8,57
9 8,51
10 8,4811 8,42
12 8,39
Descarga max. 8,48
Fractura 5,65