¿Cuáles son los esfuerzos mecanicos de los materiales?

Curva tensión-deformación

Hasta ahora nos hemos centrado en la tensión dentro de los elementos estructurales. Cuando se aplica una tensión a un objeto, éste se deforma. Piensa en una goma elástica: si tiras de ella, se alarga, se estira. La deformación es una medida de cuánto se estira un objeto, y la tensión es la relación entre la deformación y la longitud original.    Piensa en la deformación como un porcentaje de alargamiento: cuánto más grande (o más pequeño) es el objeto al cargarlo.

Al igual que la tensión, hay dos tipos de deformación que puede experimentar una estructura: 1.  1. Tensión normal y 2. Tensión de cizallamiento.  La deformación por cizallamiento. Cuando una fuerza actúa perpendicularmente (o “normal”) a la superficie de un objeto, ejerce una tensión normal.    Cuando una fuerza actúa en paralelo a la superficie de un objeto, ejerce una tensión de cizallamiento.

La deformación es una medida sin unidades de cuánto aumenta o disminuye un objeto a causa de una carga aplicada. La deformación normal se produce cuando el alargamiento de un objeto responde a un esfuerzo normal (es decir, perpendicular a una superficie), y se denota con la letra griega épsilon. Un valor positivo corresponde a una tensión de tracción, mientras que el negativo es de compresión. La deformación por cizallamiento se produce cuando la deformación de un objeto responde a un esfuerzo de cizallamiento (es decir, paralelo a una superficie), y se denota con la letra griega gamma.

Tensión del material

Las propiedades mecánicas de un material son aquellas que implican una reacción a una carga aplicada.    Las propiedades mecánicas de los metales determinan el rango de utilidad de un material y establecen la vida útil que se puede esperar.    Las propiedades mecánicas también se utilizan para ayudar a clasificar e identificar el material.    Las propiedades más comunes que se consideran son la resistencia, la ductilidad, la dureza, la resistencia al impacto y la tenacidad a la fractura.

La mayoría de los materiales estructurales son anisótropos, lo que significa que sus propiedades materiales varían con la orientación. La variación de las propiedades puede deberse a la direccionalidad de la microestructura (textura) por la operación de conformación o de trabajo en frío, a la alineación controlada de las fibras de refuerzo y a una variedad de otras causas. Las propiedades mecánicas suelen ser específicas de la forma del producto, como chapa, placa, extrusión, fundición, forja, etc. Además, es común ver que las propiedades mecánicas se enumeran según la estructura direccional del grano del material. En productos como la chapa y la placa, la dirección de laminación se denomina dirección longitudinal, la anchura del producto se denomina dirección transversal y el grosor se denomina dirección transversal corta. Las orientaciones del grano en formas estándar de productos metálicos forjados se muestran en la imagen.

Esfuerzos y tensiones mecánicas

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En la mecánica del continuo, la tensión es una magnitud física que expresa las fuerzas internas que las partículas vecinas de un material continuo ejercen unas sobre otras, mientras que la deformación es la medida de la deformación del material. Por ejemplo, cuando una barra vertical sólida soporta un peso superior, cada partícula de la barra empuja a las partículas inmediatamente inferiores. Cuando un líquido se encuentra en un recipiente cerrado bajo presión, cada partícula es empujada por todas las partículas circundantes. Las paredes del recipiente y la superficie que induce la presión (como un pistón) empujan contra ellas en reacción (newtoniana). Estas fuerzas macroscópicas son en realidad el resultado neto de un gran número de fuerzas intermoleculares y de colisiones entre las partículas de esas moléculas. La tensión se suele representar con una letra griega minúscula sigma (σ).

Propiedades mecánicas de los materiales

El campo de la resistencia de los materiales, también llamado mecánica de los materiales, suele referirse a varios métodos de cálculo de las tensiones y deformaciones en miembros estructurales, como vigas, columnas y ejes. Los métodos empleados para predecir la respuesta de una estructura bajo carga y su susceptibilidad a diversos modos de fallo tienen en cuenta las propiedades de los materiales, como su límite elástico, su resistencia última, su módulo de Young y su relación de Poisson. Además, se tienen en cuenta las propiedades macroscópicas del elemento mecánico (propiedades geométricas), como su longitud, anchura, grosor, restricciones de contorno y cambios abruptos en la geometría, como los agujeros.

La teoría comenzó con la consideración del comportamiento de miembros de estructuras unidimensionales y bidimensionales, cuyos estados de tensión pueden aproximarse como bidimensionales, y luego se generalizó a tres dimensiones para desarrollar una teoría más completa del comportamiento elástico y plástico de los materiales. Un importante pionero fundador de la mecánica de materiales fue Stephen Timoshenko.