REPASO DE LOS METODOS DE ESTATICA

REPASO DE LOS METODOS DE ESTATICA

1. ESFUERZOS EN LOS ELEMENTOS DE UNA ESTRUCTURA

   • ESFUERZO AXIAL
     • En la sección precedente se encontraron fuerzas en elementos individuales. Este es el primer paso necesario en el análisis de una estructura. Sin embargo, son insuficientes para determinar si la carga puede ser soportada con seguridad.
   • ESFUERZO CORTANTE
     • Las fuerzas internas y sus correspondientes esfuerzos estudiados en la sección 1. 2 A eran normales a la sección considerada. Un tipo muy diferente de esfuerzo se obtiene cuando se aplican fuerzas transversales P y P, a un elemento AB. Al efectuar un corte en C entre los puntos de aplicación de las dos fuerzas, obtenemos el diagrama de la porción AC. Se concluye que deben existir fuerzas internas en el plano de la sección, y que la resultante es igual a P.
   • ESFUERZO DE APOYO EN CONEXIONES
     • Los pernos, pasadores y remaches crean esfuerzos a lo largo de la superficie de apoyo de las superficies de contacto en los elementos que conectan. Por ejemplo. Considere que nuevamente las dos placas A y B conectadas por un perno CD que se analizaron en la sección precedente. El perno ejerce una fuerza P sobre la placa A al igual y opuesta a la fuerza F ejercida por la placa sobre el perno. La fuerza P representa la resultante de las fuerzas elementales distribuidas en la superficie interior de un medio cilindro de diámetro d y longitud t igual al espesor de la placa.
   • APLICACION AL ANALISIS Y AL DISEÑO DE ESTRCTURAS SENCILLAS
     • Ahora en esta posibilidad de determinar los esfuerzos en los elementos y conexiones de varias estructuras bidimensionales sencillas y, por lo tanto, de diseñar tales estructuras. Eso se ilustra a través de la siguiente aplicación de conceptos.
   • METODO PARA LA SOLUCION DE PROBLEMAS
     • Quienes estudian este texto deben aproximarse a un problema de mecánica de materiales como lo harían con una situación ingenieril real. Su propia experiencia e intuición les ayudaran comprender y formular mejor el problema. La solución de ese tipo de problemas debe basarse en los principios fundamentales de la estática y en los principios que se analizan en este curso. Cada paso que se tome debe justificarse sobre esa base, sin dejar espacio para la intuición o las “corazonadas”. Después de que se ha obtenido una respuesta, esta deberá verificarse y será entonces cuando pueda utilizar el sentido común y su experiencia personal. Si no está satisfecho por completo con el resultado obtenido, deberá revisar con cuidado la formulación del problema, la validez de los métodos empleados en s solución y la exactitud de los cálculos. En los problemas modelos a lo largo de este texto se utiliza un enfoque de cuatro pasos para resolver problemas, que se conoce metodología EMARP (de Estrategia, Mod
       • ESTRATEGIA.
         • . Planteamiento de un problema debe ser claro y preciso. Necesita incluir los datos e indicar el tipo de información que se requiere. El primer paso para resolver el problema es decidir que conceptos aplicables a la situación dada se han aprendido y conectar los datos a la información requerida.
       • REVISAR Y PENSAR.
         • Después de haber obtenido la respuesta, deberá verificarla cuidadosamente. ¿Tiene sentido en el contexto del problema original? Los errores en el razonamiento pueden encontrarse con frecuencia analizando las unidades a través de los cálculos y verificando las unidades obtenidas para la respuesta.
       • ANALIZAR.
         • . Después de haber dibujado los diagramas apropiados, use los principios fundamentales de la mecánica para escribir las ecuaciones de equilibrio. Estas ecuaciones pueden resolverse para determinar las fuerzas desconocidas y usarse para calcular los esfuerzos y deformaciones requeridos.
       • MODELAR.
         • La solución para la mayoría de los problemas que encontrara hará necesario que primero se determinen las reacciones en los apoyos y las fuerzas y los pares internos. Es importante incluir uno o más diagramas de cuerpo libre para dar soporte a estas determinaciones. Dibuje bosquejos adicionales según se requiera para guiar el resto de la solución; por ejemplo, para el análisis de esfuerzos.

2. ESFUERZOS BAJO CONDICIONES GENERALES DE CARGA. COMPONENTES DEL ESFUERZO

   • Los ejemplos de las sesiones previas estuvieron restringidos a elementos bajo carga axial y a conexiones bajo carga transversal. La mayoría de los elementos estructurales y de los componentes de maquinaria se encuentran bajo condiciones de carga más complicadas.
     • Componentes del esfuerzo cortante.
       • Considere el diagrama de cuerpo libre del pequeño cubo centrado en el punto Q. las fuerzas normales y cortantes que actúan sobre diversas caras del cubo se obtienen multiplicando las componentes correspondientes del esfuerzo por el área delta A de cada cara.
     • Carga axial.
       • Considere de nuevo el caso de un elemento bajo carga axial. Si se estudia un pequeño cubo con caras paralelas a las caras del elemento y se recuerdan los resultados; los únicos esfuerzos son los esfuerzos normales px ejercicios sobre las caras del cubo que son particulares al eje x.

3. CONSIDERACIONES DE DISEÑO

   • En las aplicaciones de ingeniería, la determinación de esfuerzos rara vez es un fin en sí misma. Al contrario, el conocimiento de los esfuerzos lo emplean los ingenieros como un apoyo a su tarea más importante: el diseño de estructuras y maquinas que puedan desempeñar una tarea específica en forma segura y económica.
     • Determinación de la resistencia ultima de un material
       • Un elemento importante que debe considerar un diseñador es como se comportara el material cuando esté sometido a una carga. Esto se determina realizando ensayos específicos sobre muestras preparadas del material. Por ejemplo, una probeta de acero puede prepararse y colocarse en una máquina de ensayo de laboratorio para someterla a una fuerza axial céntrica de tensión conocida.
     • Cara permisible y esfuerzo permisible: factor de seguridad
       • La máxima carga que puede soportar un elemento estructural o un componente de maquinaria en condiciones normales de uso es considerablemente más pequeña que la carga ultima. Esta carga más pequeña se conoce como la carga permisible (en ocasiones se denomina carga de trabajo de diseño). Así, solo una fracción de la capacidad última de carga del elemento se utiliza cuando se aplica la carga permisible.
     • Selección del factor de seguridad
       • La selección del factor de seguridad que debe usarse es una de las tareas más importantes de los ingenieros. Si el factor de seguridad se elige demasiado pequeño, la posibilidad de falla se torna inaceptablemente grande. Por otra parte, si un factor de seguridad es demasiado grande, el resultado es un diseño caro o no funcional.
     • Diseño por carga y factor de resistencia
       • El método de esfuerzo permisible requiere que todas las incertidumbres asociadas con el diseño de una estructura o elemento de maquina se agrupen en un solo factor de seguridad. Un método alterno de diseño hace posible distinguir entre las incertidumbres asociadas con la estructura misma y aquellas asociadas con la carga para cuyo soporte está diseñada.