UNIVERSIDAD NACIONA DE SANTA FACUTAD DE INGENIERIA ESFUERZOS Y DEFORMACIONES BAJO CARGA NORMA I. OBJETIVO Analizar los esfuerzos y deformaciones bajo carga normal, para posteriormente analizar los criterios generales de diseño de los elementos de máquinas agroindustriales. II. MARCO TEORICO ara ser un buen proyectista de máquinas o seleccionar adecuadamente, es preciso conocer: - a resistencia de los materiales para que sus análisis sean irreprochables - as propiedades de los materiales empleados para la construcción de los elementos de máquinas. - os procesos de fabricación - as ofertas del mercado (catálogos, precios) - as condiciones de trabajo Se puede considerar una barra metálica inicialmente recta, de sección constante, sometidas a dos fuerzas colineales dirigidas en sentidos opuestos y que actúan en el centro de las secciones. Si las fuerzas están dirigidas en sentido de alejarse de la barra, se dice que están sometidas a TRACCION, mientras que si actúan hacia la barra, existe un estado de COMRESION. BARRA EN TRACCION BARRA EN COMRESION Δ Δ : Alargamiento (cm) : carga de Tracción (Kgf) : ongitud de la barra (cm) A : Area de la sección transversal (cm.) HIOTESIS: Se suele admitir que la fuerza es uniforme en toda el área, es aceptable desde el punto de vista de la Ingeniería. TENSION NORMA, en lugar de hablar de la fuerza interna que actúa sobre un elemento de superficie, es más útil considerar la fuerza normal sobre una superficie unidad de la sección transversal, se define como TENSION NORMA (σ) σ =..ec. (1) : Fuerza axial : Kgf A : Area cm³ A DEFORMACION NORMA Cuando una barra está sometida a una fuerza axial, puede originar un alargamiento Δ, a este alargamiento por unidad de longitud se le llama DEFORMACION, se expresa con la siguiente fórmula: Є = Δ..ec. (2) Δ : Alargamiento (cm) : ongitud (cm)
UNIVERSIDAD NACIONA DE SANTA FACUTAD DE INGENIERIA CURVA TENSION-DEFORMACION Se utilizan curvas de tensión deformación para los tipos de materiales utilizados en la ingeniería. a tensión normal va en el eje de las ordenadas y la deformación en el eje de las abcisas. De estas curvas se obtienen las propiedades mecánicas de los materiales como son : 1) TENSION DE TRABAJO 2) TENSION ROORCI0NAIDAD 3) TENSION DE FUENCIA 4) TENSION DE ROTURA 1) y 2) corresponde a la ZONA EASTICA 3) y 4) corresponde a la ZONA ASTICA MATERIA DUCTI : Cuando tiene un alargamiento relativamente grande hasta llegar al punto de rotura (Ejemplo el Acero o el Aluminio) MATERIA FRAGI : Cuando tiene un alargamiento relativamente pequeño hasta llegar al punto de rotura (Ejemplo a Fundición y el hormigón) EY DE HOOKE En una curva de tensión-deformación, existe una relación lineal entre la tensión y la deformación, esta relación es una constante, denominada MODUO DE EASTICIDAD. Fue observada por primera vez por Sir ROBERT HOOKE en 1678 y lleva el nombre de ey de Hooke. Del gráfico, corresponde al punto 1). Entonces se establece la siguiente relación: σ = E Є..ec. (3) E : Módulo de elasticidad en Kgf/cm². AICACIONES Determinar el alargamiento total de una barra recta de longitud, área de la sección transversal A y módulo de elasticidad E, sí actúan en sus extremos una carga de tracción. Δ
UNIVERSIDAD NACIONA DE SANTA FACUTAD DE INGENIERIA a tensión unitaria en la dirección de la fuerza no es más que la carga dividida por la sección, esto es σ = /A. De igual modo, la deformación unitaria Є viene dada por el cociente del alargamiento total Δ dividido por la longitud inicial, esto es, Є = Δ/. or definición, el módulo de elasticidad es la relación entre σ y Є, es decir: E = σ = /A = o Δ = Є Δ/ AΔ AE Obsérvese que Δ tiene unidades de longitud, en centímetro o metros. En la figura MV-2 se representa el diagrama típico de acero común y el del acero de dureza natural (ADN). Determinar la tensión proporcionalidad, la tensión de fluencia, la tensión máxima, la tensión de rotura, la zona elástica y la zona plástica. Asimismo determine el valor de la deformación correspondiente. SOUCION TENSION (Kgf/cm²) ACERO ADN 420 (Є) ACERO A-240 (Є) De roporcionalidad : 4200 (0.7%) 2400 ( 0.4 %) De Fluencia : 4190 (1.6 %) 2390 ( 1.5 %) Máxima : 7000 ( 13 %) 4000 (12 %) De rotura : 6300 (20 %) 2900 (20 %) ara el ACERO ADN 420, la zona plástica es de 0 a 4200 Kg/cm² ara el ACERO A- 240, la zona plástica es de 0 a 2400 Kg/cm² III. EEMENTOS A UTIIZAR os materiales asignados por grupo, Acero, Cobre, Bronce y Aluminio. Una regla centimétrica. Tabla 2, Tabla 3 del módulo TRACCION y COMRESION.
UNIVERSIDAD NACIONA DE SANTA FACUTAD DE INGENIERIA IV. ROCEDIMIENTO Cada Subgrupo constituido por 3 ó 4 alumnos traerá dos barra del material asignado en gabinete, de una longitud de 0.5 metros como mínimo. os materiales serán: ACERO, COBRE, AUMINIO, BRONCE. En el laboratorio medirán las dimensiones de la barra para cada material y simularán las muestras a diferentes esfuerzos para completar el siguiente cuadro BARRA 1: MATERIA.. AREA :...m² Deformación Unitaria, Є (%) 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 0.16 0.17 0.18 0.19 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 Carga normal () (Kgf) 1 a = 10 5 N/m² 1Kgf = 9.8 N forma de la sección.. Modulo de elasticidad.. Kg/cm² TENSION (Kgf/cm²) Deformación longitudinal (cm)
UNIVERSIDAD NACIONA DE SANTA FACUTAD DE INGENIERIA V. CUESTIONARIO 1. Confeccionar las curvas de Tensión-deformación para cada material 2. Explicar porque el Acero se deformaría después que el aluminio, al simular el mismo esfuerzo para ambos materiales. 3. Cuanto equivale 20 Mpa, 300 Mpa, en Kgf/cm². 4. Cuál es el valor del módulo de Elasticidad para cada material, expresado en Kgf/cm². 5. En que parte de las curvas de tensión deformación, el Módulo de Elasticidad no es ineal, explicar porque. 6. Cual es el valor del esfuerzo de fluencia y último de los materiales utilizados. VI. OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES El procedimiento de laboratorio será desarrollado y presentado dentro de las 02 horas que dure el laboratorio. El cuestionario será presentado y sustentado grupalmente en el próximo laboratorio. VII. CONTENIDO DE INFORME DE A RACTICA DOMICIIARIA 1. NOMBRE DE TEMA 2. Integrantes 3. GRUO N Hora y fecha; 4. OBJETIVO 5. SUSTENTO TEORICO 6. MATERIAES, EQUIOS, INSTRUMENTOS 7. ROCEDIMIENTO Y MEDICIONES. 8. RESUTADOS. 9. CONCUSIONES Y RECOMENDACIONES 10. BIBIOGRAFIA