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FALLO EN LOS DISEÑOS

Cuando estamos diseñando un aspecto muy importante son los criterios de fallo a bajas tensiones estáticas. Estos criterios de fallo son conocidos como teorías de rotura. Existen diferentes teorías de fallo según si el material es dúctil o frágil.

Materiales dúctiles: son materiales que se deforman antes de fallar.

  • Teoría de la máxima tensión tangencial o de Treska: la fluencia comienza cuando el esfuerzo cortante máximo de cualquier elemento iguala al esfuerzo cortante máximo en una probeta de ensayo a la tensión del mismo material cuando esa probeta empieza a fluir. Sirve para piezas que resisten esfuerzo cortante.
  • Treska
  • Teoría de la máxima energía de distorsión o de von Mises-Hencky: esta teoría predice que la fluencia ocurrirá cuando la energía de distorsión de un volumen unitario iguale la energía de distorsión en el mismo volumen cuando se someta a un esfuerzo uniaxial hasta la resistencia de fluencia. Esto se hace calculando la tensión equivalente o de von Mises.
  • von mises
    von mises

Materiales frágiles: su periodo de fluencia es bastante corto y tienden a romperse sin apenas deformarse.

  • Teoría de la máxima tensión normal o de Rankine: el fallo ocurre cuando uno de los esfuerzos principales iguala a la resistencia del material.
  • Rankine
  • Teoría de Mohr-Coulomb: no fallará mientras el esfuerzo principal máximo sea menor que el esfuerzo de tracción límite, y el esfuerzo principal mínimo sea mayor al esfuerzo de compresión límite.
  • mohr-coulomb
    mohr-coulomb
    mohr-coulomb

Una vez sabemos cómo encontrar las tensiones a las que está trabajando nuestra pieza, podemos encontrar un valor muy importante en diseño que es el factor de seguridad. El factor de seguridad es un cociente entre un número que mide la capacidad máxima de un sistema (límite elástico) dividido entre los requerimientos a los que trabaja el sistema (tensión de trabajo o equivalente).

factor de seguridad

También debemos tener en cuenta que los elementos de nuestra máquina pueden fallar por otros factores, porque estos criterios de fallo solo son aplicables cuando realizamos estudios estáticos. Pero en la realidad la mayoría de elementos deben ser analizados también para comprobar si resisten con otras clases de análisis. Estos análisis pueden ser, entre otros, los siguientes:

  • De fatiga: estudia la vida y los daños del diseño debidas a las cargas cíclicas definidas por eventos de amplitud constante o variable.
  • De frecuencia: estudia las frecuencias y los modos de deformación.
  • Pandeo: estudia las cargas de pandeo y los modos de deformación debidas a estas cargas.
  • Térmicos: estudia la distribución de temperaturas y el flujo de calor debido a la conducción, la convección y la radiación.
  • Caída: estudia las tensiones, la deformación, las deformaciones unitarias, la velocidad y la aceleración frente a tiempo en un objeto que se deja caer al suelo.
  • No lineales: estudia las tensiones, los desplazamientos y las deformaciones unitarias para los componentes con materiales no lineales, como por ejemplo el caucho.
  • De dinámica lineal: utiliza frecuencias y formas modales para estudiar la respuesta lineal a la carga dinámica.
  • De presión interior: estos estudios son para cuando realizamos diseños de recipientes con una presión interior. Sirven para asegurarse que nuestro sistema cumpla con los códigos de diseño de recipientes a presión.
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