Análisis de Fallas en Elementos Mecánicos
Factores que Influyen en las Fallas
Mencione y explique 3 factores de los cuales depende la ocurrencia y el tipo de falla en elementos mecánicos.
- Tipo de Material:
Si el material es frágil o dúctil, su tipo de falla y la propagación de la misma serán muy diferentes. También varía la teoría de falla a utilizar.
Tipo de Carga:Principalmente, si se trata de una carga dinámica o estática. Está demostrado que un mismo material se comporta de manera diferente y falla a esfuerzos distintos dependiendo de si la carga es constante o variable en el tiempo, dirección y/o magnitud.
Presencia de Grietas:La fabricación de piezas se lleva a cabo por diferentes procesos, cada uno con sus consecuentes terminaciones superficiales. Ningún proceso es perfecto, por lo tanto, ninguna pieza es perfectamente lisa. Las irregularidades o grietas superficiales o internas que pueden existir son una fuente de propagación de falla importante, sobre todo frente a cargas variables.
Análisis de Cargas Estáticas vs. Dinámicas
¿Por qué el análisis de elementos sometidos a cargas estáticas es diferente al aplicado para elementos sometidos a cargas dinámicas?
Porque está demostrado que el comportamiento de una pieza de un mismo material es diferente si está sometido a cargas dinámicas o estáticas. El esfuerzo de falla bajo cargas cíclicas es menor mientras mayor es el número de ciclos de aplicación de esa carga (o más bien esfuerzo) variable.
Torsión en Secciones Circulares y No Circulares
Los esfuerzos de torsión en un eje con sección circular están muy bien definidos y no varían en función del ángulo de la sección. Sin embargo, en secciones no circulares esto no es así ¿Por qué?
La torsión es un momento aplicado en dirección perpendicular a la sección transversal. Esto significa que el esfuerzo de corte interno distribuido en la sección de área de la pieza que resiste este par debe ser tangencial y debe ser equivalente en magnitud y contrario en dirección al momento torsor aplicado para que se mantenga en equilibrio. Si se trata de una sección circular, esto tiene la particularidad de que la distancia entre el centro de aplicación del momento torsor a cualquier punto de la periferia de la sección será la misma siempre, por lo tanto, el esfuerzo se distribuye radialmente de igual forma.
Teoría de Fallas Basada en la Energía de Distorsión Máxima
¿Para qué tipo de materiales y para qué tipos de cargas se aplica la teoría de fallas basado en la energía de distorsión máxima?
La teoría de distorsión máxima se aplica a materiales dúctiles y cargas estáticas. También existe una variación para poder aplicarlas a cargas cíclicas.
Utilidad de las Teorías de Falla
¿Cuál es la utilidad principal para utilizar una teoría de fallas?
La teoría de falla es útil para poder utilizar los valores de esfuerzo límite determinados por los ensayos de materiales tradicionales en elementos mecánicos sometidos a esfuerzos combinados.
Factor de Seguridad
Define el factor de seguridad ¿Qué se busca considerar con este factor?
El factor de seguridad es un número (una razón) que resulta de dividir el esfuerzo límite (fluencia, ruptura, etc.) por el esfuerzo admisible. Permite considerar factores inesperados o no considerados en el diseño y cálculo que podrían presentarse en la realidad.
Deformación por Temperatura y Esfuerzo
¿En qué caso tendremos que la deformación provocada por un incremento de la temperatura generará esfuerzo en una pieza?
Solo tendremos esfuerzo si la dilatación de la pieza es restringida por algún otro cuerpo.
Función de una Flecha
¿Cuál es la función principal de una flecha?
La función principal de una flecha es transmitir potencia mecánica rotatoria desde un (varios) punto a otro a lo largo de su eje.
Torque y Velocidad Angular en la Práctica
En la práctica ¿son siempre constante el torque y la velocidad angular? ¿Cuál de estos dos factores se prefiere mantener lo más constante posible y por qué?
El torque y la velocidad de giro en la maquinaria industrial nunca son constantes, dependiendo mucho de la variabilidad de la carga. Se prefiere mantener la velocidad constante para mantener lo más constante posible las relaciones de transmisión entre las uniones de potencia mecánica y así mantener sus eficiencias al máximo, aumentando también su vida útil.
Diseño de Ejes y Voladizos
¿Qué se busca evitar al recomendar para el diseño de ejes los “voladizos”?
Los voladizos implican un incremento importante de la deflexión de las vigas, para el caso estático, y de las flechas, para el caso dinámico en la zona libre en voladizo. Mayor deflexión implica mayor deformación, lo que conlleva mayores esfuerzos. Además, si la viga o flecha se deforma más en su extremo, eso indica que se deforma angularmente más en sus puntos de apoyo, lo que implica una mayor carga transmitida a sus descansos, reduciendo su duración.
Fatiga en Elementos Mecánicos
¿Cómo se define la fatiga? Indique algunos parámetros que se consideran al diseñar en base a esta teoría.
La fatiga es un fenómeno o mecanismo de falla que se produce cuando un elemento mecánico está sometido a esfuerzos variables, ya sea en dirección y/o magnitud. Para considerar este tipo de fallas en el diseño de elementos mecánicos, debe comprenderse las condiciones en las cuales se obtienen los límites de fatiga para los materiales. En los ensayos de fatiga, para utilizar los datos obtenidos en este ensayo en una pieza cualquiera, debe como base considerarse factores como la calidad superficial real de la pieza respecto a la probeta, las dimensiones y concentraciones de esfuerzo que posee respecto a la probeta y la dirección aplicada a la carga aplicada, entre otros factores.
Esfuerzos de Hertz
¿Qué es y por qué se analizan los esfuerzos de Hertz? Dé 2 ejemplos en donde se pueden aplicar.
Los esfuerzos de Hertz son la distribución teórica de los esfuerzos en contacto entre dos superficies sólidas con curvaturas bidireccionales diferentes o iguales. Estas fórmulas se aplican con bastante éxito en casos como contactos entre engranajes o entre elementos rodantes y pistas en un rodamiento, cada caso considerando además factores que modifiquen la condición “ideal” de la distribución de Hertz, principalmente asociado a la presencia de lubricantes.
Concentradores de Esfuerzo
¿Qué es un concentrador de esfuerzo?
Un concentrador de esfuerzo puede ser una imperfección, fisura o ralladura, fallas de maquinado, rugosidades, cambios de sección o discontinuidades visibles y microscópicas que causan un aumento en el esfuerzo local; y las regiones donde se ubican estos concentradores de esfuerzo se les llama áreas de concentración de esfuerzos.