Mecanica de Materiales
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Transcript of Mecanica de Materiales
Laresistencia de materialesclsica es una disciplina de laingeniera mecnica, laingeniera estructuraly laingeniera industrialque estudia losslidos deformablesmediante modelos simplificados. La resistencia de un elemento se define como su capacidad para resistir esfuerzos y fuerzas aplicadas sin romperse, adquirir deformaciones permanentes o deteriorarse de algn modo.Un modelo de resistencia de materiales establece una relacin entre lasfuerzasaplicadas, tambin llamadas cargas o acciones, y losesfuerzosy desplazamientos inducidos por ellas. Generalmente las simplificaciones geomtricas y las restricciones impuestas sobre el modo de aplicacin de las cargas hacen que el campo de deformaciones y tensiones sean sencillos de calcular.Para el diseo mecnico de elementos con geometras complicadas la resistencia de materiales suele ser insuficiente y es necesario usar tcnicas basadas en la teora de la elasticidad o la mecnica de slidos deformables ms generales. Esos problemas planteados en trminos de tensiones y deformaciones pueden entonces ser resueltos de forma muy aproximada con mtodos numricos como el anlisis porelementos finitos.Enfoque de la resistencia de materiales
La teora de slidos deformables requiere generalmente trabajar con tensiones y deformaciones. Estas magnitudes vienen dadas porcampos tensorialesdefinidos sobre dominios tridimensionales que satisfacen complicadas ecuaciones diferenciales.Sin embargo, para ciertas geometras aproximadamente unidimensionales (vigas,pilares,celosas, arcos, etc.) o bidimensionales (placas y lminas,membranas, etc.) el estudio puede simplificarse y se pueden analizar mediante el clculo deesfuerzos internosdefinidos sobre una lnea o una superficie en lugar de tensiones definidas sobre un dominio tridimensional. Adems las deformaciones pueden determinarse con los esfuerzos internos a travs de cierta hiptesis cinemtica. En resumen, para esas geometras todo el estudio puede reducirse al estudio de magnitudes alternativas a deformaciones y tensiones.El esquema terico de un anlisis de resistencia de materiales comprende: Lahiptesis cinemticaestablece cmo sern las deformaciones o el campo de desplazamientos para un determinado tipo de elementos bajo cierto tipo de solicitudes. Parapiezas prismticaslas hiptesis ms comunes son lahiptesis de Bernouilli-Navierpara laflexiny la hiptesis de Saint-Venant para latorsin. Laecuacin constitutiva, que establece una relacin entre las deformaciones o desplazamientos deducibles de la hiptesis cinemtica y las tensiones asociadas. Estas ecuaciones son casos particulares de lasecuaciones de Lam-Hooke. Lasecuaciones de equivalenciason ecuaciones en forma de integral que relacionan las tensiones con losesfuerzos internos. Lasecuaciones de equilibriorelacionan los esfuerzos internos con las fuerzas exteriores.En las aplicaciones prcticas el anlisis es sencillo. Se construye un esquema ideal de clculo formado por elementos unidimensionales o bidimensionales, y se aplican frmulas preestablecidas en base al tipo de solicitacin que presentan los elementos. Esas frmulas preestablecidas que no necesitan ser deducidas para cada caso, se basan en el esquema de cuatro puntos anterior. Ms concretamente la resolucin prctica de un problema de resistencia de materiales sigue los siguientes pasos:1. Clculo de esfuerzos, se plantean las ecuaciones de equilibrio y ecuaciones de compatibilidad que sean necesarias para encontrar los esfuerzos internos en funcin de las fuerzas aplicadas.2. Anlisis resistente, se calculan las tensiones a partir de los esfuerzos internos. La relacin entre tensiones y deformaciones depende del tipo de solicitacin y de la hiptesis cinemtica asociada:flexin de Bernouilli,flexin de Timoshenko,flexin esviada,traccin,pandeo,torsin de Coulomb,teora de Collignon para tensiones cortantes, etc.3. Anlisis de rigidez, se calculan los desplazamientos mximos a partir de las fuerzas aplicadas o los esfuerzos internos. Para ello puede recurrirse directamente a la forma de la hiptesis cinemtica o bien a la ecuacin de lacurva elstica, las frmulas vectoriales de Navier-Bresse o losteoremas de Castigliano.La MECANICA DE MATERIALES es la rama de la mecnica que estudia los efectos internos que experimenta un cuerpo bajo carga, considerando a los elementos estructurales como modelos idealizados sometidos a restricciones y cargas simplificadas. La mecnica de materiales aunque menos rigurosa que la teora de elasticidad, desarrolla frmulas de una manera lgica y razonada que proporcionan soluciones satisfactorias a muchos problemas tcnicos bsicos. Como en toda rama del saber, hay conceptos que son fundamentales para una comprensin satisfactoria de la materia. En la mecnica de materiales el concepto de importancia primordial es el de esfuerzo. En el curso se consideran los esfuerzos y las deformaciones producidas en una variedad de miembros estructurales por cargas axial, torsional y flexional. La mecnica de materiales interviene de manera destacada en todas las ramas de la ingeniera. Sus mtodos son necesarios para los diseadores de todo tipo de estructuras y mquinas; en consecuencia, es una de las asignaturas fundamentales de un plan de estudios de ingeniera. El conocimiento obtenido en los ltimos tres siglos junto con las teoras y tcnicas de anlisis desarrolladas, permiten al moderno ingeniero disear estructuras seguras y funcionales de tamao y complejidad sin precedentes, teniendo en cuenta tres requisitos indispensables: resistencia, rigidez y estabilidad de los diversos elementos soportadores de carga. Es un curso introductorio se presenta la teora bsica de los cuerpos deformables sin recurrir a mtodos matemticos complicados. A la vez, es terico, porque su aplicacin prctica se deja para los cursos de diseo. Sin embargo, a pesar de que los problemas que pueden resolverse a este nivel son meramente acadmicos, ya que se utilizan para ilustrar la teora, se trata en lo posible que sean realistas para que el estudiante vaya adquiriendo una idea intuitiva del tamao, forma, dimensiones y capacidades de carga de los miembros estructurales.