TEORAS DE FALLA UTILIZADAS EN EL DISEO DE ELEMENTOS DE MQUINAS

TEORAS DE FALLA UTILIZADAS EN EL DISEO DE ELEMENTOS DE MQUINASLa falla es la prdida de funcin de un elemento tanto por deformacin (fluencia) como por separacin de sus partes (fractura). Los mecanismos de falla dependen de la estructura microscpica del material y de la forma de sus enlaces atmicos. Para predecir la falla de materiales bajo cargas estticas (se considera carga esttica a aquella que no vara su magnitud ni direccin en el tiempo) y poder hacer diseos de elementos de mquinas confiables se han desarrollado varias teoras para grupos de materiales, basndose en observaciones experimentales.

Tipos de fallas en elementos mecnicos

Ruptura de una pieza de conexin de un eje de camin debido a los fenmenos de fatiga y corrosin. Tipos de fallas en elementos mecnicosRuptura por impacto de una de las piezas de una segadora de csped.

Ruptura de un perno por combinacin de cargas de tensin y cortanteTipos de fallas en elementos mecnicosFalla provocada por torsin

Falla provocada por flexin y cortanteTipos de fallas en elementos mecnicosFalla provocada por tensin

Tipos de fallas en elementos mecnicosMaterial endurecido superficialmente por tratamiento trmico, la falla se presento por fragilizar el material provocada por concentracin de esfuerzos.Ruptura de un resorte encontrada con un ngulo de 45 tpica falla por cortante.

Teoras de falla en elementos mecnicosAl disear elementos mecnicos se debe estar seguro de que los esfuerzos internos no rebasen la resistencia del material.

Si se emplea un material dctil, entonces se considerar como limite la resistencia a la fluencia (ya que una deformacin permanente se considera como falla).Esfuerzo cortante mximo (ECM)Energa de distorsin (ED)Morh Coulomb dctil (CMD)

Si se emplea un material frgil, entonces estos no tienen limite de fluencia por lo que se deber tomar como limite la resistencia ultima como criterio de falla. (resistencia ultima de compresin es mucho mayor a la de tensin).Esfuerzo normal mximo (ENM)Morh Coulomb frgil (CMF)Morh Modificada (MM)

Estado de esfuerzos

Aristas del cubo prximas a cero.

Estado general de esfuerzoEstado de esfuerzo plano

TEORIA DEL ESFUERZO CORTANTE MAXIMOLa teora de cortante mximo estipula que la fluencia comienza cuando el esfuerzo cortante mximo de cualquier elemento iguala al esfuerzo cortante mximo en una pieza de ensayo a tensin del mismo material cuando esa pieza comienza a fluir.Donde:

Esta teora predice que la falla ocurre cuando:Esta teora establece tambin que:

Aadiendo el factor de seguridad tenemos:

TEORIA DEL ESFUERZO NORMAL MAXIMOLa teora del esfuerzo normal mximo estipula que la falla ocurre siempre que el esfuerzo principal mayor sea igual a la resistencia.En el caso de esfuerzo plano: Suponiendo que se ordenan los tres esfuerzos principales para cualquier estado de esfuerzos:

o bien

Aadiendo el factor de seguridad tenemos:Donde:

Esta teora predice que la falla ocurre cuando:TEORIA DE LA ENERGIA DE DISTORCIONLa teora de la energa de distorsin define que la iniciacin de la fluencia para un estado de esfuerzo triaxial ocurre cuando el esfuerzo de von-Mises es igual o mayor que el esfuerzo de cedencia.Esta teora predice que la falla ocurre cuando:Esta teora establece tambin que:Aadiendo el factor de seguridad tenemos:

Suponiendo que se ordenan los tres esfuerzos principales para cualquier estado de esfuerzos: