Diseño en ingenieria mecanica de Shigley

206 PARTE DOS Prevención de fallas
En el capítulo 1 se aprendió que la resistencia es una propiedad o característica de un elemento
mecánico. Esta propiedad resulta de la identidad del material, del tratamiento y procesamiento
incidental para crear su geometría, y de la carga; asimismo, se encuentra en el punto
de control o ubicación crítica.
Además de considerar la resistencia de una parte individual, se debe estar consciente de
que las resistencias de las partes que se producen en masa diferirán en cierto grado de las otras
del conjunto o ensamble debido a variaciones en las dimensiones, el maquinado, el formado
y la composición. Necesariamente, los indicadores de la resistencia son de naturaleza estadística
e involucran parámetros como la media, la desviación estándar y una identificación de
la distribución.
Una carga estática es una fuerza estacionaria o un par de torsión que se aplica a un
elemento. Para ser estacionaria, la fuerza o el par de torsión no deben cambiar su magnitud,
ni el punto o los puntos de aplicación, ni su dirección. Una carga estática produce tensión o
compresión axial, una carga cortante, una carga flexionante, una carga torsional o cualquier
combinación de éstas. Para que se considere estática, la carga no puede cambiar de ninguna
manera.
En este capítulo se consideran las relaciones entre la resistencia y la carga estática con
objeto de tomar decisiones respecto del material y su tratamiento, fabricación y geometría
para satisfacer los requerimientos de funcionalidad, seguridad, confiabilidad, competitividad,
facilidad de uso, manufacturabilidad y comerciabilidad. El grado de detalle de esta lista se
relaciona con el alcance de los ejemplos.
“Falla” es la primera palabra que aparece en el título del capítulo. La falla puede significar
que una parte se ha separado en dos o más piezas; se ha distorsionado permanentemente,
arruinando de esta manera su geometría; se ha degradado su confiabilidad; o se ha comprometido
su función, por cualquier razón. Cuando un diseñador habla de falla puede referirse a
cualquiera o todas estas posibilidades. En este capítulo la atención se enfoca en la predicción
de la distorsión o separación permanentes. En situaciones sensibles al esfuerzo el diseñador
debe separar el esfuerzo medio y la resistencia media en el punto crítico de manera suficiente
para lograr sus propósitos.
En las figuras de la 5-1 a la 5-5 se muestran fotografías de partes que han fallado. Las
fotografías ejemplifican la necesidad que tiene el diseñador de estar muy al tanto de la prevención
de fallas. Con este propósito se considerarán estados de esfuerzos en una, dos y tres
dimensiones, con y sin concentraciones de esfuerzos, para materiales tanto dúctiles como
frágiles.
Figura 5-1
a) Falla de eje estriado de
transmisión de un camión
debida a fatiga por corrosión.
Observe que fue necesario
emplear cinta adhesiva
transparente para sujetar las
piezas. b) Vista directa de la
falla.
a) b)