Diseño en ingenieria mecanica de Shigley

CAPÍTULO 5 Fallas resultantes de carga estática 209
4 La parte ya se ha diseñado, fabricado y ensayado, y se ha determinado que es insatisfactoria.
Se requiere un análisis para entender por qué la parte es insatisfactoria y lo
que se debe hacer para mejorarla.
Con mucha frecuencia no es necesario diseñar empleando sólo valores publicados de la
resistencia a la fluencia, de la resistencia última, del porcentaje de reducción del área y del
porcentaje de elongación, como los que se presentan en el apéndice A. ¿Cómo se pueden
usar datos tan escasos para que al diseñar se tomen en cuenta cargas estáticas y dinámicas,
estados de esfuerzos biaxiales y triaxiales, temperaturas altas y bajas y partes muy pequeñas
y muy grandes? Éstas y otras preguntas se abordarán en este capítulo y en los que siguen;
pero piense cuánto mejor sería tener los datos disponibles que reproduzcan la situación real
de diseño.
5-2 Concentración del esfuerzo
La concentración del esfuerzo (vea la sección 3-13) es un efecto muy localizado. En algunos
casos puede deberse a una rayadura superficial. Si el material es dúctil y la carga estática, la
carga de diseño puede causar fluencia en el punto crítico sobre la muesca. Esta fluencia puede
implicar endurecimiento por deformación del material y un incremento de la resistencia
de fluencia en el punto crítico de la muesca. Como las cargas son estáticas, esa parte puede
soportarlas de manera satisfactoria, sin presentar una fluencia general. En estos casos el diseñador
establece que el factor geométrico de la concentración del esfuerzo (teórico) K t es
igual a la unidad.
La razón se puede expresar como sigue. El escenario, en el peor de los casos, es el de
un material ideal no endurecido por deformación, como el que se muestra en la figura 5-6.
La curva esfuerzo-deformación se incrementa linealmente hasta la resistencia a la fluencia
S y , luego se comporta como esfuerzo constante, que es igual a S y . Considere una barra rectangular
con filete como la que se representa en la figura A-15-5, donde el área de la sección
transversal del cuerpo pequeño es 1 pulg 2 . Si el material es dúctil, con un punto de fluencia de
40 kpsi y el factor teórico de concentración del esfuerzo (FCE) K t es 2,
• Una carga de 20 kip induce un esfuerzo de tensión de 20 kpsi en el cuerpo, como se
representa en el punto A de la figura 5-6. En la localización crítica en el filete el esfuerzo
es 40 kpsi, y el FCE es K = σ máx /σ nom = 40/20 = 2.
Figura 5-6
Curva idealizada de esfuerzodeformación.
La línea discontinua
representa un material
endurecido por deformación.
Esfuerzo de tensión σ, kpsi
50
S y
C
A
B
D
E
0
Deformación por tensión, ɛ