Diseño en ingenieria mecanica de Shigley

CAPÍTULO 2 Materiales 59
Figura 2-15
Módulo de Young E de diferentes materiales. (Figura cortesía del profesor Mike Ashby, Granta Design, Cambridge, U.K.)
1 000
100
Carburos de tungsteno
Aleaciones de níquel
Hierro fundido gris
Acero de baja aleación
Aleaciones de titanio
GFRP, matriz epóxica (isotrópica)
Aleaciones de cobre
Cristal de carbonato
10
Madera, grano típico alineado
Poliéster
Madera, grano típico transversal
Módulo de Young, GPa
1
0.1
Acrilonitrilo butadieno estireno (ABS)
Espuma de polímero
rígido (MD)
0.01
Corcho
Poliuretano
1e-3
Hule butil
Espuma de polímero flexible (VLD)
1e-4
senta el módulo de Young E graficado contra la densidad ρ. Los rangos lineales de cada propiedad
de material graficada adecuadamente en dos dimensiones forman elipses o burbujas.
Esta gráfica es más útil que las dos gráficas de barras por separado de cada propiedad. Ahora,
también se observa cómo se relacionan la rigidez/peso de diferentes materiales. En la figura
2-16 también se muestran grupos de burbujas esquematizadas de acuerdo con las familias
de materiales de la tabla 2-4. Además, las líneas punteadas en la esquina inferior derecha de
la gráfica indica las relaciones de E β /ρ, que ayuda a seleccionar materiales para el diseño de
masa mínima. Las líneas paralelas a estas rectas representan valores diferentes de E β /ρ. Por
ejemplo, en la figura 2-16 se muestran algunas líneas punteadas paralelas que representan
diferentes valores de E/ρ (β = 1). Como (E/ρ) 1/2 representa la velocidad del sonido en un
material, cada línea punteada, E/ρ, representa una velocidad diferente tal como se indica.
Para ver cómo se ajusta β a la mezcla, considere lo siguiente. La medida de desempeño
P de un elemento estructural depende de 1) los requerimientos funcionales, 2) la geometría y
3) las propiedades de los materiales de la estructura. Esto es,
o, de manera simbólica,
parámetros propiedades
funcionales F ( geométricos G ), ( )]
requerimientos
P [( ),
materiales M
P = f(F, G, M) (2-20)