Elasticidad y otros factores

La deformación es el cambio en longitud por unidad de longitud y se calcula a partir de

E=l-lo/lo

donde lo es la longitud calibrada original y l es la longitud de la pieza a cualquier carga P. La deformación no tiene unidades, dado que se trata de una longitud dividida entre otra longitud.

MODULO DE ELASTICIDAD Esta curva de esfuerzo-deformación nos da un cierto numero de parámetros útiles del material. El punto pl es el límite de proporcionalidad, por debajo del cual el esfuerzo es proporcional a la deformación según queda expresado en la ley de Hooke:

E=cr/ e donde E define la pendiente de la curva esfuerzo-deformación hasta su limite de proporcionalidad, y se conoce como modulo de Young o modulo de elasticidad del material. E es una medida de la rigidez del material en su rango elástico y tiene las unidades de esfuerzo. La mayor parte de los materiales exhiben este comportamiento de rigidez lineal y sus módulos elásticos varían muy poco con tratamientos tern1icos o al agregar elementos de aleación. Por ejemplo, el acero con la resistencia mas elevada tiene el mismo E que el acero con resistencia mas baja, es decir aproximadamente 30 Mpsi (207 GPa). Para la mayor parte de los materiales dúctiles (que se definirán posteriormente), el modulo de elasticidad a la compresión es igual que el correspondiente a la tensión. Esto no es cierto para hierros fundidos y otros materiales frágiles ( definidos adelante) o en el caso del magnesio.

Límite elástico: El punto identificado como el es el limite elástico, o sea, el punto mas allá del cual el material sufrirá una deformación permanente, es decir, una deformación plástica. El limite elástico marca la frontera entre las regiones de comportamiento elástico y de comportamiento plástico del material. Los puntos el y pl están por lo general tan cerca uno del otro que, a menudo, se consideran como uno mismo.

ESFUERZO DE FLUENCIA En un punto ligeramente por arriba del límite elástico, el material empieza a ceder mas fácilmente al esfuerzo aplicado, con lo que aumenta su razón de deformación (observe la pendiente menor). Esto se conoce como punto de fluencia ( o cedencia) y el valor del esfuerzo en dicho punto define el limite de cedencia o fluencia Sy, del material.

Los materiales muy dúctiles, como los aceros al bajo carbono, a veces mostrarán una reducción aparente en el esfuerzo, justo mas allá del punto de fluencia.

Materiales mucho menos dúctiles, como el aluminio o los aceros al medio o alto carbono, no exhibirán esta caída aparente de esfuerzo. El punto de fluencia ala tensión de un material que no exhiba un punto de fluencia claro debe definirse mediante una línea convencional, que se dibuja paralela a la curva elástica, con un desplazamiento de algún pequeño porcentaje a lo largo del eje de deformaciones. Muy a menudo se utiliza un desplazamiento de 0.2% en las deformaciones. El punto de fluencia es entonces tomado en la intersección de la curva esfuerzo deformación y la línea convencional.

RESISTENCIA MÁXIMA A LA TRACCIÓN.

El esfuerzo de la probeta continua aumentando de manera no lineal hacia un pico o a una resistencia máxima a la tracción de valor Sut en el punto u. Esto se considera como el esfuerzo mas alto a la tensión que puede resistir el material antes de romperse. Sin embargo, para el caso de la curva del acero dúctil que se muestra abajo, el esfuerzo parece que se reduce a un valor mas pequeño en el punto de fractura f. La caída en el esfuerzo aparente antes del punto de fractura es un mecanismo causado por la «estricción» o reducción en sección transversal de la probeta dúctil. La reducción en el área de la sección transversal noes uniforme a Jo largo de la probeta.

Dado que el esfuerzo se calcula mediante el área original Ao de la ecuación 2.la, se subestima el valor real del esfuerzo después del punto u. Durante la prueba es difícil vigilar de manera precisa el cambio dinámico en el área transversal, por lo que estos errores son aceptados. Aun en este entendido se pueden comparar resistencias entre distintos materiales. Cuando se basa en el área no corregida A0, esta se conoce como curva esfuerzo-deformación de ingeniería.

Cuando se comparan propiedades de materiales diferentes resulta bastante útil expresar estas propiedades normalizadas en función de la densidad de los materiales. Dado que en el diseño casi siempre un objetivo es disminuir peso, buscaremos el material mas ligero que tenga la resistencia y la rigidez suficientes para soportar las cargas aplicadas. La resistencia especifica de un material se define como La resistencia dividida entre la densidad. A menos que se diga lo contrario, en este caso la resistencia se supone significa la resistencia máxima a la tracción, aunque cualquier criterio de resistencia se puede normalizar como sea necesario. La relación resistencia a peso (SWR) es otra manera de expresar la resistencia especifica. La rigidez especifica es el modulo de Young dividido entre la densidad del material.

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