¿Qué es el estrés de rendimiento? – Definición y Fórmula

¿Qué es estrés?

Antes de ver qué causa estos cambios, hay algunos conceptos que deben analizarse primero. El estrés es la cantidad de fuerzas (fuerza o energía) que se ejerce sobre un objeto, dividida por su área de sección transversal para tener en cuenta el tamaño.

Los objetos más grandes son capaces de soportar fuerzas más altas. Al usar el estrés en lugar de solo la fuerza, podemos usar el mismo límite elástico para el mismo material, independientemente del tamaño real del objeto. Para calcular la cantidad de tensión que actúa sobre el objeto, utilice la ecuación:

¿Qué es la tensión?

Otro concepto importante es la tensión , o cuánto se deforma un objeto cuando se le aplican fuerzas.

La mayoría de las veces, esta deformación hará que el objeto se alargue o se acorte, dependiendo de cómo se apliquen las fuerzas. Para calcular la tensión, este cambio se divide por la longitud original del objeto, nuevamente para tener en cuenta el tamaño.

Los objetos más grandes tendrán un mayor cambio de longitud que los objetos más pequeños, aunque experimenten las mismas fuerzas actuando sobre ellos. Para calcular la cantidad de tensión en un objeto, use la ecuación:

Hay dos tipos diferentes de deformación: elástica y plástica.

• La deformación elástica se invertirá automáticamente cuando se eliminen las fuerzas externas. Imagine una banda elástica: no importa cómo la estire, una vez que suelte un extremo, volverá a su forma original.
• La deformación plástica es una deformación permanente. Para revertirlo, se necesita aplicar una fuerza externa adicional para devolver el objeto a su forma original. Cuando aprietas la mitad de una botella de plástico, se comprime y permanece deformada incluso cuando la sueltas. Tendría que agregar presión en el interior o apretar en la dirección opuesta para que vuelva a la normalidad.

¿Qué es el estrés de rendimiento?

El estrés y la deformación están directamente relacionados entre sí: a medida que uno aumenta, el otro también aumenta. Entonces, cuanto más estrés experimenta un objeto, más se deforma hasta que el objeto falla.

Todos los objetos comenzarán a experimentar una deformación elástica al principio, pero una vez que la tensión sobre el objeto supere cierta cantidad, experimentará una deformación plástica. Cuando ocurre ese cambio, el objeto ha alcanzado su límite elástico .

Por lo general, todos los materiales tienen la misma relación tensión-deformación, aunque el tamaño de cada porción puede ser diferente. La deformación elástica es lineal. La pendiente de la línea depende del material del que está hecho el objeto. La deformación plástica no es lineal, lo que la hace más difícil de modelar.

Echa un vistazo a este gráfico. La deformación elástica está en rojo y se puede ver que es lineal, mientras que la deformación plástica, que está en azul, no lo es.

Límite de elasticidad

Algunos materiales también tienen un punto de fluencia , un punto en el que hay un fuerte aumento en la tensión del objeto que no se correlaciona con un aumento en la tensión. El punto de fluencia ocurre después de que un objeto ha alcanzado su límite de fluencia.

Este ejemplo es de acero. Los materiales de acero tienen un punto de fluencia, lo que hace que tengan una gran porción horizontal del gráfico. Conocer el límite elástico de un material es importante en el campo del diseño estructural. Si un objeto alcanza su punto de fluencia, podría estirarse o comprimirse hasta el punto de dejar de encajar donde está, provocando una falla estructural.

Cálculo del límite elástico

Actualmente, no hay forma de calcular el límite elástico de un objeto directamente. El límite elástico para los diferentes materiales se ha determinado experimentalmente. Se colocaron muestras de diferentes materiales en una prensa y luego se estiraron, se midió la tensión requerida para producir la deformación y se trazaron la tensión y la deformación en un diagrama de tensión-deformación.

Dado que la pendiente de la porción elástica de un diagrama de tensión-deformación es lineal, la pendiente de esa línea es fácil de calcular. La pendiente de esa línea se llama Módulo de Young . Si el diagrama de tensión-deformación varía de lo que la ecuación del módulo de Young nos dice que debemos esperar, entonces sabemos que el material ha cedido y el objeto ahora está experimentando una deformación plástica. La ecuación del módulo de Young es:

Para simplificar la determinación de dónde ocurre el límite elástico, encontramos la intersección del diagrama de tensión-deformación y un gráfico del módulo de Young que no comienza en el origen sino que se compensa ligeramente, tal vez 0.02 en lugar de 0. Esto nos permite ver la intersección sin sobrestimar el valor del límite elástico.

Al diseñar una estructura, se utiliza el valor de límite elástico generalmente aceptado. Por ejemplo, el aluminio tiene un límite elástico de 14 000 libras por pulgada cuadrada (o psi), el cobre tiene un límite elástico de 10 000 psi y el acero, al ser una aleación de varios materiales diferentes, tiene un límite elástico en el rango de 20 000 a 200 000 psi.

Resumen de la lección

El estrés es la cantidad de fuerzas (fuerza o energía) que se ejerce sobre un objeto, dividida por su área de sección transversal. La fórmula es:

La tensión se produce cuando se aplican fuerzas a un objeto hasta el punto de deformarlo. La fórmula es:

Hay dos tipos de deformación:

• Plástico : deformación que permanecerá con el objeto después de que se eliminen las fuerzas.
• Elástico : deformación que se invertirá una vez que se eliminen las fuerzas.

El límite elástico es la cantidad de fuerza que debe aplicarse a un objeto para que cambie de deformación elástica a deformación plástica. Algunos materiales tienen un fuerte aumento en la deformación sin un aumento notable en el estrés, llamado límite elástico .

El módulo de Young es la pendiente asociada con la parte elástica del diagrama de tensión-deformación, que se utiliza para determinar la tensión de fluencia a partir de datos experimentales. La fórmula es: