teoría de fallas
- 2. República Bolivariana de Venezuela Ministerio para el poder popular de la Educación superior instituto Universitario Politécnico “SANTIAGO MARIÑO” Ing. Jaime Zerpa Realizado por. Michael Sánchez C.I: 24.893.142 Cuidad Ojeda 06 de Marzo del 2016
- 3. Esquema Introducción Desarrollo Definición de fallas División de teorías de fallas A) materiales dúctiles: Teoría del esfuerzo cortante máximo. Teoría de tresca (mss). Teoría de la energía de distorsión. Teoria de von misses (dee). Teoria de frision interna. Teoria COULOMB mohr ductile (ift) B) Materiales fragiles Teoria de maximo esfuerzo normal Teria de RANKING(MNS) Teoria COULOMB mohr fragil (bcm) Importancia de detección de fallas en elemento de maquinas Ejercicios resueltos Conclusión Bibliografía
- 4. Introducción Todas las piezas de construcción, ya sean elementos de máquinas o elementos de estructuras, se deforman bajo la acción de fuerzas externas. A estas fuerzas externas se les oponen fuerzas que se originan al interior de la estructura del material y son tales que oponen resistencia a la deformación. Ellas son las denominadas fuerzas internas. En caso normal las fuerzas externas e internas se encuentran en equilibrio. Para la determinación de las fuerzas internas se emplea el método de las secciones. Por ejemplo, la pieza cilíndrica de la figura Fig. 1.1a se divide en dos partes mediante una sección imaginaria. Para recomponer el equilibrio se debe colocar a cada una de las partes la fuerza Fi. Esta es la fuerza interna o también denominada fuerza de sección. Fig. 1.1
- 5. Desarrollo Definición de fallas. Cuando se habla de una falla se hace referencia a los errores o defectos que pueden surgir en una pieza tales como que la pieza se haya quebrado (fractura), haya sufrido alguna deformación (fluencia) o ha quedado de alguna forma inutilizable de acuerdo a su función. La falla depende de la estructura microscópica del material y de la forma de sus enlaces atómicos. Una falla no necesariamente produce colapso o catástrofe. El origen de una falla se puede encontrar en: Deficiencias de diseño. Como presencia de un concentrador de tensiones severo, insuficiente información acerca del tipo y magnitud de carga de servicio y selección inapropiada de materiales. Imperfecciones en materiales. Tales como segregación, contenido excesivo de inclusiones, porosidades y cavidades de contracciones. Defectos o deficiencias de fabricación. Entre los cuales se encuentran inducción inconveniente de esfuerzos residuales, generación de concentradores de tensiones superficiales y descarburización. Errores de montaje. Como des alineamiento, especificaciones de montaje ambiguas o incompletas.
- 6. Condiciones inapropiadas de servicio. Una causa frecuente de fallas en servicio es la operación de equipos bajo condiciones anormalmente severas de velocidad, carga, temperatura, ambiente químico o sin un adecuado mantenimiento. División de Teorías de fallas Materiales frágilesMateriales dúctiles Teoría del esfuerzo cortante máximo. Teoría de tresca (mss). Teoría de la energía de distorsión. Teoria de von misses (dee). Teoria de frision interna. Teoria COULOMB mohr ductile (ift) Teoria de maximo esfuerzo normal Teria de RANKING(MNS) Teoria COULOMB mohr fragil (bcm)
- 7. A) Materiales dúctiles Se considera materiales dúctiles a aquellos que pueden deformarse considerablemente antes de llegar a rotura. Para este tipo de materiales existen dos teorías, la teoría de la máxima tensión cortante y la teoría de la máxima energía de distorsión. Teoríadelesfuerzoconstantemáximo Establece quelafluenciadelmaterialseproducepor el esfuerzo cortante,surgió de la observación de la estricción que se produce en una probeta cuando es sometida a un ensayo de tensión. “La falla se producirá cuando el esfuerzo cortante máximo absoluto en la pieza sea igual o mayor al esfuerzo cortante máximo absoluto de una probetasometidaaunensayo detensiónenelmomentoqueseproducelafluencia“
- 8. Teoría de tresca (mss). “Un material fallará por fluencia cuando el esfuerzo de corte máximo alcance el valor que se genera en un ensayo de tracción al llegar al límite de fluencia” Esta teoría fue propuesta por Henri Tresca, bajo este criterio una pieza resistente o elemento estructural falla cuando en alguno de sus puntos sucede que: Siendo: , la tensión de límite elástico del material de la pieza. , la tensión cortante máxima del punto considerado.
- 9. , la mayor y la menor tensión principal en el punto considerado. Teoría de la energía de distorsión.(von mises) LEMBERG. 1883 BOSTON,1953) matemático y filosofo contribuyo con el desarrollo de la teoría de distorsión de la energía , es uno de los conceptos mas importantes utilizados por ingenieros en los cálculos de resistencia del material. La falla se producirá cuando la energía de distorsión por unidad de volumen debido a los esfuerzos máximos absolutitos en el punto critico sea igual o mayor a la energía de distorsión por unidad de volumen de una probeta en el ensayo de tensión al momento de producirse la fluencia. Se origino a partir de la observación de materiales dúctiles, sometidos a esfuerzos hidrostáticos, tenían resistencia de fluencias muy superiores a los valores obtenidos por el ensayo a tensión simple. Es usada en el caso de rediseño de piezas, o cuando se investiga el origen de la falla real de un elemento mecánico o cuando los márgenes de seguridad son estrechos, es una teoría segura y precisa. .
- 10. Teoria de frision interna. Esta teoría se basa en una serie de hipótesis y observaciones efectuadas por mohr a principios del siglo XX, mediante los únicos métodos practico con que se contaba, es decir con el circulo de mohr e ideas a fines al mismo. Aunque la idea es antigua, sigue siendo útil conceptualmente. La intención central de esta hipótesis involucra hallar una forma de cálculo para la tensión de influencia representativa, conociendo los resultados experimentales de los tres ensayos de fluencia, a tracción, compresión y corte puro.
- 11. Teoria COULOMB mohr ductile (ift) Es un modelo matemático que describe la respuesta de materiales quebradizos, tales como hormigón, o agregados de partículas como el suelo, a esfuerzo cortante, así como tensión normal. La mayoría de los materiales en ingeniería clásica se comportan siguiendo esta teoría al menos en una parte del corte. En general, la teoría se aplica a los materiales para los que la resistencia a la compresión es muy superior a la resistencia a la tracción, caso de los materiales cerámicos. La teoría explica que el corte de un material se produce para una combinación entre tensión normal y tensión tangencial, y que cuanto mayor sea la tensión normal, mayor será la tensión tangencial necesaria para cortar el material.
- 12. Materiales frágiles Se dice que un material es frágil cuando es muy poca la deformación que presentan antes de romperse. Para este tipo de materiales existen dos teorías, la teoría del máximo esfuerzo normal y el criterio de falla de Mohr. Teoría de máximo esfuerzo normal También denominada teoría de rankine. La falla se producirá cuando el esfuerzo normal máximo en la pieza sea igual o mayor al esfuerzo normal máximo de una probeta sometida a un ensayo de tensión en el momento que se produce la factura. Para el desarrollo bidimensional, en el plano, la teoría del máximo esfuerzo normal se representa gráficamente como:
- 13. Teoria COULOMB mohr fragil (bcm) Se deriva de forma similar a la teoría de coumlob-mohr dúctil que al tratarse de materiales frágiles, se tiene en cuenta las resistencias últimas de material a la tensión y comprensión en lugar de los esfuerzos de fluencia. La ecuación de la línea de falla cuando >0> resulta ser: (18) En plano esta teoría se representa gráficamente como:
- 14. Importancia de detección de fallas en elemento de maquinas Es importante detección de fallas tempranas para ser corregidas y así evitar posibles rupturas y accidentes que generarían mayor inversión en horas hombres horas maquinas y capital, también es importante contar con la redundancia en el desempeño de funciones. También Como nos podemos dar cuenta la teoría de fallas es muy importante porque conociendo esta teorías podemos saber cuanto es la resistencia de un material para su trabajo y los diferentes tipos de cargas que resistirá y debemos de saber q tipo de teoría para hacer nuestro cálculos y así poco a poco mejorarlos de acuerdo a las exigencias de trabajo para poderlos mantener en una seguridad correcta y ocupar el menos material y a la misma vez reducir costos.
- 16. Ejercicio resuelto 1 Una placa de acero de 38 x 38 cm soporta esfuerzos normales sobre sus orillas, σx actúa a tensión e σy a compresión cuando actúan dichos esfuerzos la longitud de la placa en la dirección “y” se reduce en 0.2 mm. Asuma que la resistencia a la fluencia es de 4500 kg/cm2 y el F.S.=2 y que utilizando la teoría del Esfuerzo Cortante Máximo. Calcule el valor de σx e σy.?
- 19. Conclusión Toda Falla deja unas pistas que permiten encontrar su origen. El diseñador debe conocer muy bien las teorías de las fallas a fin de interpretar adecuadamente estas pistas. Toda máquina tiene sus niveles normales de ruido, vibración y temperatura. Cuando se observe algún aumento anormal de estos niveles, se tienen los primeros indicios de que hay alguna falla. Los operarios de las máquinas deben ser instruidos para que avisen al detectar estos síntomas que presenta la máquina. Al diseñar una máquina se debe tener un profundo conocimiento de la forma en que funciona cada elemento componente y la forma en que puede fallar. Esto conducirá a mejores diseños. Antes de reemplazar una pieza que ha fallado se debe hacer un análisis minucioso con el fin de determinar la causa exacta y aplicar los correctivos que haya a lugar.