Cargas, fuerzas y deformaciones
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CATEGORÍAS DE CARGA
Los tipos de carga se dividen en varias clases según el carácter de las cargas aplicadas y la presencia o ausencia de movimiento en el sistema.
Un ejemplo de clase 4 es un motor de automóvil. Las partes internas (cigüeñal, bielas y pistones, entre otros) están sujetas a cargas variables en el tiempo debido a las explosiones de gasolina, pero también sufren cargas inerciales variables debido a sus aceleraciones. Se requiere un análisis de carga dinámica en la clase 4.
ESQUEMAS DE CUERPO LIBRE
Para identificar correctamente todas las fuerzas y momentos potenciales en un sistema, es necesario dibujar con precisión diagramas de cuerpo libre (FBD) para cada miembro del sistema.
Las dimensiones y ángulos de los elementos del sistema se definen en relación a un sistema de coordenadas local ubicado en los centros de gravedad (CG) de cada elemento.
ANÁLISIS DE CARGA
ANÁLISIS TRIDIMENSIONAL
Para un sistema tridimensional de cuerpos rígidos conectados, la suma de las fuerzas en x, y, z se puede escribir:
Y la ecuación de momentos se puede escribir:
(Ecuaciones escalares llamadas ecuaciones de Euler.)
ANÁLISIS BIDIMENSIONAL
Si el movimiento del sistema ocurre solo en el plano, las ecuaciones se reducen a estas tres:
CARGAS ESTÁTICAS
La diferencia entre un escenario de carga dinámica y un escenario de carga estática es la presencia o ausencia de aceleraciones.
EJEMPLO ESTÁTICO 2D
La figura ilustra el montaje de una maneta de freno manual de bicicleta, compuesta por tres subconjuntos: el manillar (1), la maneta (2) y el cable (3).
La mano humana promedio puede desarrollar una fuerza de presión de aproximadamente 267 N (60 libras) en la posición de la palanca que se muestra.
Sistema DCL separado.
Aplicando las ecuaciones y supuestos de equilibrio se obtiene un sistema de 8 ecuaciones y 8 incógnitas.
Sustituyendo los datos del problema conocido (Norton, Páginas 9 a 14) obtenemos el siguiente sistema:
ESFUERZO
ELEMENTO INFINITOSIMAL
- El estrés se define como fuerza por unidad de área (MPa).
- En un elemento sometido a determinadas fuerzas, la tensión se distribuye generalmente según una función que varía constantemente en el continuo material.
- Cada elemento infinitesimal del material puede experimentar diferentes tensiones al mismo tiempo.
- Estos elementos infinitesimales generalmente se modelan como cubos.
- Se considera que los componentes de tensión actúan sobre las caras de estos cubos de dos maneras diferentes.
A. Voltajes normales actúan perpendiculares (es decir, normalmente) a la cara del cubo y tienden a salirse (esfuerzo de tracción normal) oa hundirse (esfuerzo de compresión normal).
- Se considera que los componentes de tensión actúan sobre las caras de estos cubos de dos maneras diferentes.
B. Esfuerzo cortante actúa paralelamente a las caras de los cubos, en pares (parejas) en caras opuestas, lo que tiende a deformar el cubo en forma romboidal.
UNIDAD DE DEFORMACIÓN
- El estrés y la deformación están linealmente relacionados por la ley de Hooke (amplitud elástica).
- La deformación unitaria es también un tensor de segundo orden y, para el caso tridimensional y para el caso bidimensional, se expresa por:
ESFUERZOS PRINCIPALES
- Para cualquier combinación particular de esfuerzos aplicados, habrá una distribución continua del campo de esfuerzos alrededor de cualquier punto analizado.
- Los esfuerzos normal y cortante en este punto varían según la dirección del sistema de coordenadas seleccionado.
- Siempre habrá planos en los que las componentes del esfuerzo cortante sean cero.
- Las tensiones normales que actúan sobre estos planos se denominan tensiones principales.
- Los planos sobre los que actúan estas tensiones principales se denominan planos principales.
- Las direcciones de las superficies normales de los planos principales se denominan ejes principales.
- También hay otro conjunto de ejes perpendiculares entre sí a lo largo de los cuales los esfuerzos cortantes serán máximos.
- Los esfuerzos cortantes principales actúan sobre un conjunto de planos que forman ángulos de 45° con los planos principales de los esfuerzos normales.
TENSIÓN AXIAL
- Es uno de los tipos de carga más simples que se pueden aplicar a un elemento.
- Se supone que la carga se aplica a través del centroide de la superficie del elemento y que las dos fuerzas opuestas son colineales a lo largo del eje.
CIZALLA DIRECTA
- Estos tipos de carga ocurren principalmente en uniones atornilladas, empernadas o remachadas.
- Los posibles modos de falla son el corte directo del conector (clavo, remache o tornillo), la falla del contacto del conector o del material circundante, o el desgarro del material alrededor del conector.
- El corte directo ocurre en situaciones donde la flexión no está presente.
TENSIÓN DE CONTACTO
Un pasador de pivote en un agujero como el de la figura puede fallar por razones distintas al corte directo. Las superficies del pasador y del orificio están bajo tensión de contacto directo, que es de naturaleza compresiva. Para juntas perfectas.
FALLA DE RIP
- En juntas articuladas, otro posible modo de falla es la disrupción del material alrededor del orificio.
- Esto sucederá si el orificio se coloca demasiado cerca del final.
- Esto se denomina falla por doble corte, ya que requiere que ambos lados del orificio se separen del material de la raíz.
TENSIÓN DE FLEXIÓN EN VIGAS
- La figura muestra una viga a la que se le aplican cargas P para producir un estado de flexión pura.
- La magnitud del esfuerzo de flexión es cero en el eje neutral y es linealmente proporcional a la distancia y desde el eje neutral.
- La máxima tensión de flexión se produce en las fibras exteriores.
Algunos últimos apartados y sus propiedades.
Algunos últimos apartados y sus propiedades.
Fuente del personaje: DÓNDEdelsantiago de Chile
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