El Maquinante: deformación

lunes, 18 de febrero de 2019

Fluencia

La fluencia es la pérdida de estabilidad dimensional (deformación plástica) que se produce en algunos materiales cuando las tensiones aplicadas crecen por encima de un determinado valor, denominado límite de fluencia. Cuando se alcanza la fluencia el material se deforma inicialmente de modo creciente y rápido sin apenas cambio en las tensiones aplicadas y parte de la deformación producida permanecerá ya siempre aunque cesen las fuerzas que ocasionaron su fluencia. Un ensayo de tracción sobre el material permite establecer su límite de fluencia.

➤Límite de fluencia
El límite de fluencia (o resistencia límite de fluencia) de un material se define como la tensión existente en la sección de una probeta normalizada de dicho material, sometida a un ensayo de tracción o a un ensayo de compresión, en el instante en que se inicia la fluencia o deformación plástica del mismo. Se representa mediante el símbolo Sy (Syt si se obtiene del ensayo de tracción y Syc si se obtiene del ensayo de compresión).

Probetas para ensayos de tracción.

En algunos materiales no se aprecia claramente el límite de fluencia a partir de la curva del ensayo de tracción, por lo que por convenio se establece como límite de fluencia la tensión para la que la deformación longitudinal unitaria permanente alcanza el 0.2 %.

➤Límite de rotura

El límite de rotura (o resistencia límite de rotura) de un material se define como la máxima tensión alcanzada en la sección de una probeta normalizada de dicho material, sometida a un ensayo de tracción o un ensayo de compresión. Se representa mediante el símbolo Su (Sut si se obtiene del ensayo de tracción y Suc si se obtiene del ensayo de compresión).

➤Ensayo de tracción

Ensayo de tracción.

El ensayo de tracción es un ensayo en el que se somete a tracción a una probeta normalizada de un material hasta que se alcanza la rotura.
La probeta suele ser cilíndrica con ensanchamientos en sus extremos para su fijación a las mordazas de la máquina.
La máquina empleada para el ensayo de tracción es una máquina universal de ensayos que aplica un esfuerzo sobre la probeta para alargarla y mide el alargamiento producido y el esfuerzo aplicado. A partir de dichas medidas de fuerza y alargamiento y de las dimensiones de la probeta (sección y longitud inicial) se obtiene una gráfica durante el ensayo que representa la tensión σ (Fuerza aplicada / sección de la probeta) frente a la deformación longitudinal unitaria de la probeta ε (alargamiento / longitud inicial).

En la figura se muestran ejemplos de dos curvas correspondientes al ensayo de tracción de un material frágil y uno dúctil.

La curva obtenida tiene los siguientes puntos característicos:

Y: Límite de fluencia (punto que marca el fin de la zona de comportamiento elástico, en el que la deformación permanente alcanza el 0.2 %).
U: Límite de resistencia última (máxima tensión que resiste el material antes de romper).
F: Límite de rotura (punto en el que rompe el material)

Las tensiones correspondientes a los puntos de fluencia y rotura, respectivamente, se denominan límite de fluencia (Sy) y límite de rotura (Su).
En los materiales frágiles los puntos U y F coinciden en la práctica en un mismo punto.

➤Ensayo de compresión

El ensayo de compresión es un ensayo de materiales utilizado para conocer su comportamiento ante fuerzas o cargas de compresión. Es un ensayo mucho menos empleado que el ensayo de tracción, aplicándose sobre todo en probetas de materiales que van a trabajar a compresión, como el hormigón o la fundición, o incluso en piezas acabadas.

El ensayo se realiza sobre una probeta del material, normalmente de forma cilíndrica, en una máquina universal de ensayos, obteniéndose una curva de tensión aplicada frente a deformación longitudinal unitaria producida, al igual que en el ensayo de tracción, como se muestra en la figura. Por convenio, las tensiones y deformaciones en compresión se consideran negativas, de ahí la posición del gráfico en el tercer cuadrante.

A partir de la curva citada se pueden definir tres puntos característicos principales:

Y: Límite de fluencia: punto a partir del cual se producen deformaciones plásticas permanentes
U: Límite de resistencia última o límite de rotura: punto en el que se alcanza la tensión máxima de compresión
F: Punto de fractura: punto en el que se produce la rotura de la probeta.

Ensayo de compresión de una probeta de hormigón.

https://elmaquinante.blogspot.com/p/blog-page_52.html

FUENTE:

M.J.D.

http://www.mecapedia.uji.es/index.htm

Creep (deformación por fluencia lenta)

Deformación por fluencia lenta

La deformación por fluencia lenta (en inglés, creep 'reptar, arrastrarse, deslizarse despacio'), también conocida como Termofluencia, se debe al incremento de deformación que sufre un material viscoelástico cuando está sometido a una tensión mecánica constante σ0.

El creep suele considerarse uno de los modos de falla del material y generalmente se define como la tendencia de un material sólido de deformarse de forma permanente bajo la influencia de la presión. Suele ser el resultado de exposición prolongada a altos niveles de presión que se encuentran por debajo de la fuerza límite del material.

La deformación por fluencia viscosa o lenta es más severa en materiales que están sometidos a calor durante largos periodos, y generalmente incrementa según se acerca al punto de fusión. Si se aplican a un material metálico cargas pequeñas,dentro del rango elástico, a altas temperaturas y durante un tiempo prolongado, se observará que la deformación no desaparece completamente al retirar la carga. Persiste una pequeña deformación que no es consecuencia de un alargamiento de los granos, sino de un ligero desplazamiento de algunos granos respecto de otros. A este fenómeno se lo denomina "fluencia viscosa" o en inglés "creep".

La velocidad de deformación es función de las propiedades de los materiales, tiempo de solicitación, temperatura y carga aplicada. Dependiendo de la magnitud de la tensión aplicada y su duración, la deformación puede volverse tan grande que el componente ya no puede desempeñar su función — por ejemplo, la fluencia lenta de un álabe de una turbina hará que toque la carcasa, resultando en el fallo de la misma.Esta fluencia es típicamente un factor de diseño crítico para ingenieros al evaluar componentes que operan bajo grandes solicitaciones o altas temperaturas. Sin embargo esta fluencia puede ser o no un mecanismo de fallo estructural. Por ejemplo, la fluencia viscosa (o lenta) moderada del hormigón a veces es beneficiosa al liberar tensiones que podrían, de otra manera provocar roturas.

Los rangos de temperatura donde ocurre esta fluencia difiere según el material. Por ejemplo, el tungsteno requiere miles de grados antes de que pueda ocurrir su fluencia lenta, mientras que el hielo puede fluir a temperaturas cercanas a 0 °C (32 °F) siendo las lenguas glaciares ejemplos de fluencia lenta del hielo. Como regla general, los efectos se vuelven apreciables entorno al 30% de la temperatura de fusión ( medida en una escala de temperatura absoluta como la Kelvin o Rankine) para metales, y 40–50% de la temperatura de fusión para cerámicas. Esencialmente cualquier material fluirá viscosamente acercándonos a su temperatura de fusión. Materiales de baja temperatura de fusión como algunos metales con esta propiedad, incluyendo algunas soldaduras (estaño) pueden fluir lentamente a temperatura ambiente. Este efecto es apreciable en las antiguas tuberías de agua caliente de plomo, viendo cómo estas se comban entre apoyos tras el paso de los años (del orden de 50-70 años).

Las propiedades de creep son una preocupación para los ingenieros y metalúrgicos cuando evalúan los componentes que funcionan bajo altas presiones y temperaturas. El creep es un mecanismo de deformación que puede iniciar un modo de falla. En algunos casos, como el creep en concreto, este puede aliviar la tensión de tracción que puede llevar a una grieta. En materiales biológicos, el creep suele caracterizarse para comprender cómo ciertos tejidos responden a la carga biomecánica en actividades normales y relacionadas con el deporte. La respuesta de creep también puede ocurrir en polímeros y metales que se consideren materiales viscoelásticos.

En el caso particular de álabes de turbinas, para evitar los efectos del creep, se tendrá muy en cuenta las temperaturas máximas de gases de escape y el tiempo en que el turbomotor trabaja en esos rangos.
Desde el punto de vista del diseño, se busca siempre mejorar la refrigeración de los vanos que componen las cajas de toberas de gases de entrada a las turbinas.