UnidadVTracción y Compresión - Parte III

El uso de factores de diseño y esquemas de métodos típicos de diseño se resumen aquí. El método específico utilizado depende del objetivo del

problema. ¿Es el objetivo evaluar la seguridad relativa de un diseño dado? ¿Especificar un material adecuado del cual hacer un componente?

¿Determinar la forma y dimensiones requeridas del componente cuando se conoce la carga, y el material ha sido especificado?

CASO A: EVALUAR LA SEGURIDAD DE UN DISEÑODatos: 1. La magnitud y el tipo de carga que actúa en el componente de interés. 2. El material, incluida su condición, del cual está hecho el componente. 3. La forma y dimensiones de la geometría del componente.

Metodo: 1. Identificar la clase de esfuerzo producido por la carga dada.2. Determinar la técnica de análisis de esfuerzo aplicable.3. Completar el análisis de esfuerzo para determinar el esfuerzo máximo esperado, en el componente.

4. Determinar la resistencia a la cedencia, resistencia máxima a la tensión y porcentaje de alargamiento del material. Decidir si el material es dúctil (porcentaje de alargamiento > 5%) o frágil (porcentaje de alargamiento < 5%).

Objetivo: Determinar si componente es o no razonablemente seguro

CASO A: EVALUAR LA SEGURIDAD DE UN DISEÑOMetodo: 5. Determinar la relación de esfuerzo de diseño apropiada. Para esfuerzos normales directos utilice esfuerzo de la ecuación Tablas (3–2) o (3–3).

6. Hacer esfuerzo máximo igual al esfuerzo del diseño y resolver para obtener el factor de diseño N. 7a.Cuando el diseño está basado en la resistencia a la cedencia:

7b.Cuando el diseño está basado en la resistencia máxima a la tensión:

8. Comparar el valor resultante del factor de diseño con el recomendado en las guías, considerando la tabla 3–2 y todos los factores analizados en la sección precedente.

9. Si el factor de diseño real es menor que el valor recomendado, se deberá rediseñar para incrementar el factor de diseño resultante

10. Si el factor de diseño real es significativamente más alto que el valor recomendado, deberá

CASO B: ESPECIFICAR UN MATERIAL ADECUADO DEL CUAL SE TENDRÁ QUE HACER UN COMPONENTE.

Datos: 1. La magnitud y el tipo de carga que actúa en el componente de interés. 2. La forma y dimensiones de la geometría del componente.

Metodo: 1. Identificar la clase de esfuerzo producido por la carga dada.2. Determinar la técnica de análisis de esfuerzo aplicable.3. Completar el análisis de esfuerzo para determinar el esfuerzo máximo esperado, en el componente.

4. Especificar un factor de diseño razonable con base en las guías recomendadas, considerando todos los los factores analizados en la sección precedente

Objetivo: Determinar El material, incluida su condición, del cual hacer el componente.

Metodo: 5. Determinar la relación de esfuerzo de diseño apropiada. Para esfuerzos normales directos utilice esfuerzo de la ecuación Tablas (3–2) o (3–3).

6. Hacer esfuerzo máximo igual al esfuerzo del diseño para obtener la resistencia máxima del material7a.Cuando el diseño está basado en la resistencia a la cedencia:

7b.Cuando el diseño está basado en la resistencia máxima a la tensión:

8. Especificar un material apropiado que tenga la resistencia requerida. Considere también la ductilidad del material. Si la carga es repetida, choque o impacto, se recomienda un material altamente dúctil.

CASO B: ESPECIFICAR UN MATERIAL ADECUADO DEL CUAL SE TENDRÁ QUE HACER UN COMPONENTE.

CASO C: DETERMINAR LA FORMA Y DIMENSIONES DEL COMPONENTE

Datos: 1. La magnitud y el tipo de carga que actúa en el componente de interés. 2. El material, incluida su condición, del cual está hecho el componente.

Metodo: 1. Determinar la resistencia a la cedencia, resistencia máxima a la tensión y porcentaje de alargamiento del material. Decidir si el material es dúctil (porcentaje de alargamiento > 5%) o frágil (porcentaje de alargamiento < 5%).

2. Especificar un factor de diseño razonable con base en las guías recomendadas, considerando todos los los factores analizados en la sección precedente

3. Calcular el esfuerzo de diseño con la ecuación de las tablas (3-2) o (3-3).

Objetivo: Determinar La forma y dimensiones de la geometría crítica del componente.

Metodo: 4. Escribir la ecuación del esfuerzo máximo esperado en el componente. Para esfuerzos normales directos

5. Hacer esfuerzo máximo igual al esfuerzo del diseño y resolver para obtener el área de la sección transversal.

6. Determinar las dimensiones mínimas requeridas del área de sección transversal para lograr el área total necesaria. Esto depende de la forma que elija para hacer el com- ponente. Puede ser sólida circular, cuadrada o rectangular ; un tubo hueco, un perfil estructural estándar tal como un ángulo o algún perfil especial de su propio diseño.

8. Especificar dimensiones convenientes de la lista de tamaños básicos preferidos que aparece en el

CASO C: DETERMINAR LA FORMA Y DIMENSIONES DEL COMPONENTE

Datos: 1. El tipo de carga en el componente de interés.2. El material, incluida su condición, del cual está hecho el componente. 3. La forma y dimensiones del componente.

CASO D: DETERMINAR LA CARGA PERMISIBLE DE UN COMPONENTE

Metodo: 1. Determinar la resistencia a la cedencia, resistencia máxima a la tensión y porcentaje de alargamiento del material. Decidir si el material es dúctil (porcentaje de alargamiento > 5%) o frágil (porcentaje de alargamiento < 5%).

2. Especificar un factor de diseño razonable con base en las guías recomendadas, considerando todos los los factores analizados en la sección precedente

3. Calcular el esfuerzo de diseño con la ecuación de las tablas (3-2) o (3-3).

Objetivo: Determinar La carga permisible del componente.

Metodo: 4. Escribir la ecuación del esfuerzo máximo esperado en el componente. Para esfuerzos normales directos

5. Hacer esfuerzo máximo igual al esfuerzo del diseño y resolver para obtener Carga permisible

CASO D: DETERMINAR LA CARGA PERMISIBLE DE UN COMPONENTE

EJEMPLO N1

El soporte estructural de una máquina se someterá a una carga de tensión estática de 16.0 kN. Se planea fabricar el soporte con una varilla cuadrada de

acero AISI 1020 laminado en caliente. Especifique dimensiones apropiadas para la sección transversal de la varilla.

Solución:

Paso N-1Determinar mi Objetivo:

Especificar las dimensiones de la sección transversal de la Varilla

Paso N-2Organizar los Datos:

F = 16 KN = 16000 N (carga estática)

F = 16 KN = 16000 N (carga estática)

Paso N-2Organizar los Datos:

Material: AISI 1020Laminado en caliente; Sy = 331 Mpa; 36% P.A.(dúctil). Datos tomados del apéndice A-14

Paso N-3Realizar el Análisis:

Se utilizara el caso CTomando en cuenta que:

Paso N-3Realizar el Análisis:

Se utilizara el caso CTomando en cuenta que:

Paso N-4Resultados:

EJEMPLO N-2

Un elemento de una máquina embaladora se somete a una carga de tensión de 36.6 kN, que se repetirá varios miles de veces durante la vida de la

máquina. La sección transversal del elemento es de 12 mm de espesor y 20 mm de ancho. Especifique un material adecuado del cual se deberá hacer el

elemento.

Solución:

Paso N-1Determinar mi Objetivo:

Especificar el material para un elemento de la maquina

Paso N-2Organizar los Datos:

F = 36,6 KN = 36600 N (carga Repetitiva)Sección Transversal de 12mm x 20mm

Paso N-3Realizar el Análisis:

Se utilizara el caso BTomando en cuenta que:

Paso N-3Realizar el Análisis:

Se utilizara el caso BTomando en cuenta que:

Paso N-4Resultados:

EJEMPLO N-3

El soporte estructural de una máquina se someterá a una carga de tensión estática de 16.0 kN. Se planea fabricar el soporte con una varilla cuadrada de acero AISI 1020 laminado en caliente con un área de 100 mm2. ¿Será Seguro

dicho elemento?

Solución:

Paso N-1Determinar mi Objetivo:

Evaluar el Factor de Seguridad del Diseño

F = 16 KN = 16000 N (carga estáticaMaterial: AISI 1020Laminado en caliente; Sy = 331 Mpa; 36% P.A.

(dúctil). Datos tomados del apéndice A-14)A = 100mm2

Paso N-2Organizar los Datos:

Paso N-3Realizar el Análisis:

Se utilizara el caso ATomando en cuenta que:

Paso N-4Resultados:

EJEMPLO N-4

Se planea fabricar el soporte con una varilla cuadrada de acero AISI 1020 laminado en caliente con un área de 100 mm2. ¿Cual es la fuerza máxima de

carga estática permisible de la varilla?

Solución:

Paso N-1Determinar mi Objetivo:

Determinar el esfuerzo máximo permisible

F = ?(carga estáticaMaterial: AISI 1020Laminado en caliente; Sy = 331 Mpa; 36% P.A.

(dúctil). Datos tomados del apéndice A-14)A = 100mm2

Paso N-2Organizar los Datos:

Paso N-3Realizar el Análisis:

Se utilizara el caso ATomando en cuenta que:

Paso N-4Resultados:

F = 16550 N = 16,55 KN (carga estática)

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Frase del día “Errar es de Humanos, ¡Pero! Hecharle la culpa a otros es mas humano aun”

Ing. Edding Gotera