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Estrés de ingeniería: definición y ecuación

Publicado el 3 octubre, 2021

¿Qué causa el estrés?

El estrés es el resultado de fuerzas internas o fuerzas que resultan cuando las partículas internas reaccionan entre sí. La fuerza es la medida de la cantidad de energía que se aplica a un objeto. Estas fuerzas internas se producen cuando se aplica una carga a un objeto. Los tipos de carga más comunes incluyen objetos cargados longitudinalmente, objetos cargados axialmente y objetos cargados por torsión o retorcidos.

Para poder observar las fuerzas internas que causan estrés hay que cortar el objeto en cuestión. Cortar significa que haces un corte hipotético a través del objeto y creas un diagrama observando esas fuerzas. A continuación, se muestra un ejemplo de un objeto cortado con las tres fuerzas internas más comunes aplicadas al objeto:

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Una vez calculadas estas fuerzas internas, para convertirlas en tensión, divida la fuerza por el área de la sección transversal. Dividir la fuerza por el área de la sección transversal del objeto , que es el área del objeto cuando miras a lo largo del corte, nos permite normalizar las fuerzas y tener en cuenta que un objeto más grande podrá sostener más fuerzas por ninguna otra razón. que el objeto es más grande. Aquí está la ecuación más común para calcular el estrés:

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Tipos de estrés

Hay seis tipos principales de estrés que causan fallas. Cada una de estas tensiones diferentes es causada por una situación única, y es la forma en que se carga el objeto lo que dicta el tipo de tensión que experimenta el objeto. Las dos formas principales en que se pueden aplicar fuerzas a un objeto son axial o longitudinalmente. Cuando un objeto se carga axialmente, las fuerzas se aplican en línea con el eje mayor del objeto. Con estructuras cargadas longitudinalmente, las fuerzas se aplican de manera que sean perpendiculares al eje mayor.

Los seis tipos principales de estrés son:

  1. Compresión
  2. Tensión
  3. Cortar
  4. Doblado
  5. Torsión
  6. Fatiga

Veamos cada tipo con más detalle.

Estrés por compresión y tensión

La tensión de compresión es el resultado de fuerzas cargadas axialmente que apuntan hacia el centro de un objeto. Hay dos problemas principales con la tensión de compresión: las fuerzas de compresión pueden hacer que un objeto se acorte o pueden hacer que un objeto se doble. Cuando un objeto se dobla, se dobla de tal manera que ya no puede sostener la carga, aunque estructuralmente hablando, el objeto puede soportar más tensión de la que se le aplica.

La tensión de tensión se produce cuando las fuerzas cargadas axialmente se alejan del centro de un objeto y son perpendiculares a la superficie del objeto. El estrés por tensión puede provocar el alargamiento de un objeto. Hay varios materiales, concreto por ejemplo, donde el objeto solo puede soportar una fracción de la tensión cuando el objeto está en compresión.

Esfuerzo de cizallamiento y flexión

El esfuerzo cortante se produce cuando las fuerzas aplicadas a un objeto son paralelas a la sección transversal del objeto. Esta tensión puede hacer que el objeto se deforme y, en algunos casos, se separe. A medida que el objeto se deforma, cambia. La forma del objeto puede cambiar, lo que puede afectar la forma en que el objeto soporta otras fuerzas.

La tensión de flexión se ve en objetos cargados longitudinalmente. Las fuerzas hacen que el objeto se doble, generalmente hacia abajo. Cuanto más lejos de los soportes fijos del objeto, mayor es la tensión de flexión como se ve en el diagrama aquí:

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Dado que la tensión de flexión es causada por la flexión del objeto y no perpendicular a la superficie del objeto, utiliza una ecuación diferente para calcular la tensión. La ecuación para la tensión de flexión es:

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El eje neutro es el eje que no tiene fuerzas y tensiones que actúen sobre él. El eje neutro es el centro del área de la sección transversal para formas simétricas, pero es diferente para formas no simétricas.

El momento de inercia es la resistencia de un objeto a doblarse. Esta es una constante que depende de la forma del objeto.

Estrés por torsión y fatiga

La tensión de torsión es causada por la torsión del objeto y la fuerza utilizada se llama torque. La mayor cantidad de torsión aplicada a un objeto se encuentra en el borde exterior del objeto. Aquí hay una figura que muestra la tensión de torsión:

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Dado que la tensión de torsión es causada por torsión y no por fuerzas normales, tiene una ecuación diferente:

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El estrés por fatiga no es un estrés único y no es causado por una sola situación como cualquiera de los otros estreses mencionados anteriormente en esta lección, sino que es causado por todos los diferentes tipos de estrés. La tensión de fatiga es el resultado de la aplicación de diferentes tensiones a un objeto en cualquier combinación. Los objetos que sufren estrés por fatiga pueden fallar con un esfuerzo menor que el que el objeto normalmente puede soportar debido al debilitamiento del material causado por los diferentes esfuerzos.

Resumen de la lección

Hay seis tipos de tensión: compresión, tensión, cortante, flexión, torsión y fatiga. Cada una de estas tensiones afecta a un objeto de diferentes maneras y es causada por las fuerzas internas que actúan sobre el objeto. Las fuerzas internas son el resultado de cómo se aplican las fuerzas a un objeto. Si el objeto tiene carga longitudinal, carga axial o carga de torsión afecta la forma en que se crean las fuerzas internas.

Para calcular la compresión, la tensión y el esfuerzo cortante, tome la fuerza interna adecuada y divídala por el área de la sección transversal del objeto para tener en cuenta el tamaño del objeto. La tensión de flexión y torsión tiene sus propias ecuaciones porque las fuerzas internas que causan esas tensiones son diferentes y la tensión de fatiga es el resultado de una combinación de diferentes tipos de tensión.

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