CAPITULO 2. División 4. Teorías de Falla Estática Análisis de Casos

Transcripción

1 CAPITULO Tensiones y Deformaciones. Revisión de principios físicosf División 4 Teorías de Falla Estática Análisis de Casos

2 Introducción Resistencia de una pieza o elemento Característica propia de una pieza por Geometría particular Identidad del material y su tratamiento Forma e intensidad de las cargas Estático FALLA Dinámico

3 Concepto de Falla y Concepto de Rotura Concepto de Falla Más amplio y general Pérdida de la capacidad operativa del elemento de máquina Concepto de Rotura Más reductivo y particular Pérdida de la cohesión del material constitutivo del elemento de máquina

4 Concepto de Falla y Concepto de Rotura Aparición de Falla LOCALIZADA MANTENER? GLOBAL DEAFECTAR Autoequilibrante Plausible de aumentar Aparición de Rotura LOCALIZADA REPARAR? GLOBAL CATATROFE Autoequilibrante Plausible de aumentar

5 Concepto de Falla y Concepto de Rotura Concepto de Falla Concepto de Rotura

6 Concepto de Falla y Concepto de Rotura Concepto de Falla Concepto de Rotura

7 Concepto de Falla y Concepto de Rotura Concepto de Falla Concepto de Rotura

8 Formas de Falla. Deformación inducida por fuerzas y/o Temperatura. Desplazamientos inducidos por fuerzas o temperatura. Límite de Fluencia 4. Rotura Dúctil 5. Rotura Frágil 6. Fatiga estructural 7. Fatiga uperficial 8. Impacto o falla dinámica

9 Formas de Falla 9. Desgaste por fricción 0. Endurecimiento parcial. Daño por Radiación. Corrosión. Desgaste por Corrosión 4. Fatiga por Corrosión 5. Fatiga por Fretting 6. Desgaste por Fretting 7. Relajación Térmica.

10 Formas de Falla 8. Rotura por tensiones térmicas 9. Falla por efectos Creep 0. Fatiga Térmica. hock o Golpe Térmico. palling. Debonding (Materiales Compuestos) 4. Delamination (Materiales Compuestos)

11 Inicio de la Falla y Potencial Rotura FAVORABLE Estado tensional de optimo funcionamiento TIPO Y FORMA DE OLICITACION CARACTERITICA GEOMETRICA DE LA PIEZA Estudio de la concentración de tensiones DEFAVORABLE Estado tensional de RIEGO Causa: concentración de tensiones

12 Concentración de Tensiones LA FOTOELATICIDAD E UN METODO EXPERIMENTAL PARA VER GRAFICAMENTE LA VARIACIONE DE TENION EN DIFERENTE PUNTO DE UNA PIEZA OLICITADA POR CARGA EPECIALMENTE LA VARIACIONE LOCALIZADA Tomado de

13 FOTOELATICIDAD CUANDO UN MATERIAL PLATICO FOTOELATICO E DEFORMA, AL ER VITO POR MEDIO DE UN FILTRO POLARIZADO, E PUEDEN VER LO ETADO TENIONALE COMO GAMA DE COLORE. Tomado de

14 FOTOELATICIDAD Tomado de

15 TERMOELATICIDAD RADIOMETRICA CUANDO LO MATERIALE E TENIONAN E PRODUCEN CAMBIO EN U ETRUCTURA ATOMICA LA CUAL PUEDE ER OBERVADA CON DETERMINADA CAMARA EN MATERIALE EPECIALE

16 METODO NUMERICO AVANZADO

17 Cuantificación de la concentración de Tensiones ZONA DE CONCENTRACION DE TENIONE CUANTIFICACION

18 Casos Tipo: Ejemplos

19 Casos Tipo: Ejemplos

20 CAO DE UMA IMPORTANCIA

21 CAO DE UMA IMPORTANCIA IMULACIONDE DE ROTURA POR EL METODO DE ELEMENTO FINITO PIEZA VERDADERA ROTA

22 TEORIA DE PREDICCION DE FALLA ETATICA Teoría de Máxima Tensión Cortante (Teoría de Coulomb-Tresca) MATERIALE DUCTILE Teoría de la Máxima Energía de Distorsión (Criterio de Von Mises-Hencky) (Criterio de la máxima tensión octaédrica tangencial) (Criterio de la máxima energía cortante) Teoría de la Fricción Interna (Teoría de Mohr-Coulomb)

23 TEORIA DE PREDICCION DE FALLA ETATICA Teoría de Máxima Tensión Normal (Teoría de Rankine) MATERIALE FRAGILE Teoría de la Fricción Interna para materiales frágiles Teoría de la Fricción Interna modificada (Teoría de Mohr modificada)

24 TEORIA DE LA MAXIMA TENIÓN DE CORTE OBERVACION EXPERIMENTAL: las láminas de titanio y de otros metales se deforman en planos de corte perfectamente definidos CRITERIO: Una pieza sujeta a cualquier combinación de cargas sufrirá falla cuando la tensión cortante máxima exceda un valor crítico i / j = n y s i / j = Máx

25 TEORIA DE LA MAXIMA TENIÓN DE CORTE = n y s

26 TEORIA DE LA MAXIMA ENERGIA DE DITORION OBERVACION EXPERIMENTAL: se ha detectado que ciertas probetas ante solicitaciones combinadas rompen a un valor mayor que el de tracción simple CRITERIO: la fluencia ocurrirá cuando la energía de distorsión de un volumen unitario sea igual a la energía de distorsión del mismo volumen cuando se lo someta a un esfuerzo uniaxial hasta la resistencia a la fluencia y ( ) ( ) = + + ( ) e = n e s

27 TEORIA DE LA MAXIMA ENERGIA DE DITORION

28 Breve desarrollo de la teoría de la energía de distorsión U [ ( )] + + ν + + = T E

29 Breve desarrollo de la teoría de la energía de distorsión h + + = [ ] h 6E U ν =

30 Breve desarrollo de la teoría de la energía de distorsión ( ) ( ) ( ) = = E U U U h T d ν

31 Breve desarrollo de la teoría de la energía de distorsión e d E U +ν = CAO DE TRACCION IMPLE 0 e = = =, s y e n = ( ) ( ) ( ) e + + =

32 Comparación de ambas teorías

33 Definición de Zonas de eguridad

34 Teoría de la Fricción Interna para Materiales Dúctiles IDEA CONCEPTUAL: siendo que los materiales dúctiles fallan por fluencia y que algunos de estos materiales poseen límite de fluencia a tracción distinto que el de compresión. e desea obtener un criterio general empleando los límites anteriores junto con el límite de fluencia a corte puro (torsión). HIPOTEI: La hipótesis de la fricción interna establece que, en un estado de tensiones multiaxiales, la falla ocurre cuando el mayor círculo de Mohr asociado al estado de tensiones en el punto crítico se hace tangente o excede los límites de la envolvente de falla establecidos por las condiciones de falla de los ensayos de tracción, compresión y corte

35 Teoría de la Fricción Interna para Materiales Dúctiles ys = yt yt yc + yc

36 Teoría de la Fricción Interna para Materiales Dúctiles yt yc = n s 0 0

37 Teoría de la Fricción Interna para Materiales Dúctiles CAO REDUCIDO O PARTICULARE yt yc = n s yt = n > s yc = n < s 0

38 Teoría de la Fricción Interna para Materiales Fragiles CAO REDUCIDO O PARTICULARE ut uc = n s ut = n > s uc = n < PARA LO MATERIALE FRAGILE E CAMBIA LA REITENCIA A LA FLUENCIA POR LA REITENCIA A LA ROTURA s 0

39 Teoría de la tensión normal máxima (FRAGILE) OBERVACION EXPERIMENTAL: Los patrones de rotura de materiales frágiles se dan sobre un plano normal CRITERIO: falla ocurre cuando una de las tres tensiones principales alcanza o supera la tensión de resistencia (rotura) = n ut s o = uc ns

40 Teoría de la tensión normal máxima (FRAGILE) = n ut s = n uc s

41 Hipótesis de la Fricción Interna de Mohr modificada HIPOTEI: Envolvente no es necesariamente una línea recta. Para esto se necesitan conocer los tres círculos de Mohr de los experimentos de tracción, corte y compresión

42 Hipótesis de la Fricción Interna de Mohr modificada uc ut ut = n s ut uc uc ut 0 ut ut = > ut ns uc = n < s 0

43 Hipótesis de la Fricción Interna de Mohr modificada

44 Comparación de Criterios con Experimentos Tomado de Hamrock. Figura 6.7

45 Comparación de Criterios con Experimentos Tomado de higley. Figura 6.

46 Introducción

47 Introducción