From Wikipedia, the free encyclopedia
Palmafutsal es lo menor de todoooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooresistència de materials és una disciplina que tracta el comportament dels objectes sota l'acció de tensions i deformacions. S'estudien els mètodes per calcular tensions en membres estructurals (com bigues, columnes, etc.) i, d'aquesta manera, poder predir com es comportarà l'estructura sota càrregues i com serà de susceptible a fallar tenint en compte les propietats del material.
Un model de resistència de materials estableix una relació entre les forces aplicades, també anomenades càrregues o accions, i els esforços i desplaçaments induïts per elles. Generalment, les simplificacions geomètriques i les restriccions imposades sobre el mode d'aplicació de les càrregues fan que el camp de deformacions i tensions siguin senzills de calcular.
Pel disseny mecànic d'elements amb geometries complicades, la resistència de materials sol ser abundant i cal utilitzar tècniques basades en la teoria de l'elasticitat o la mecànica de sòlids deformables més generals. Aquests problemes plantejats en termes de tensions i deformacions poden llavors ser resolts de forma molt aproximada amb mètodes numèrics com l'anàlisi per elements finits.
En ciència de materials, la resistència d'un material és la seva capacitat d'aguantar una tensió aplicada sense fallar. Una càrrega aplicada sobre un membre mecànic induirà forces internes dins seu (anomenades tensions), que poden provocar-li deformacions. La tensió aplicada pot ser de tracció, de compressió o tallant.
La tensió uniaxial s'expressa així:
On F és la força [N] que actua sobre una àrea A [m²].[3] Aquesta àrea pot ser sense deformar o deformada.
Les equacions d'equilibri de la resistència de materials relacionen els esforços interns amb les forces exteriors aplicades. Les equacions d'equilibri per a elements lineals i elements bidimensionals són el resultat d'escriure les equacions d'equilibri elàstic en termes dels esforços en lloc de les tensions.
Les equacions d'equilibri per al camp de tensions generals de la teoria de l'elasticitat lineal:
Si s'hi tracta de substituir les tensions pels esforços interns, s'arriba llavors a les equacions d'equilibri de la resistència de materials. El procediment, que es detalla a continuació, és lleugerament diferent per a elements unidimensionals i bidimensionals.
En una biga recta horitzontal, alineada amb l'eix X, i on les càrregues són verticals i situades sobre el pla XY, les equacions d'equilibri relacionen el moment flector (Mz), l'esforç tallant (Vy) amb la càrrega vertical (qy) i tenen la forma:
Les equacions d'equilibri per a elements bidimensionals (plaques) en flexió anàlogues a les equacions de la secció anterior per a elements lineals (bigues) relacionen els moments per unitat d'amplada (mx, my, mxy), amb els esforços tallants per unitat d'amplada (vx, my) i la càrrega superficial vertical (qs):
Un altre problema important en moltes aplicacions de la resistència de materials és l'estudi de la rigidesa. Més concretament certes aplicacions requereixen assegurar que sota les forces actuants alguns elements resistents no superin mai desplaçaments per sobre de cert valor prefixat. El càlcul de les deformacions a partir dels esforços es pot determinar mitjançant diversos mètodes semidirectes com l'ús del teorema de Castigliano, les fórmules vectorials de Navier-Bresse, l'ús de l'equació de la corba elàstica, el mètode matricial de la rigidesa i altres mètodes numèrics per als casos més complexos.
La força màxima és un atribut relacionat amb un material, en lloc d'una mostra específica feta del material, i com a tal es cita com la força per unitat d'àrea de secció transversal (N/m2). La força màxima és la tensió màxima que pot suportar un material abans que es trenqui o es debiliti.[11] Per exemple, la resistència a la tracció màxima (UTS) de l'acer AISI 1018 és de 440 MPa. A les unitats imperials, la unitat de tensió es dóna com a lbf/in2 o lliures de força per polzada quadrada. Aquesta unitat s'abreuja sovint com a psi. Mil psi s'abreuja ksi.
Un coeficient de seguretat és un criteri de disseny que ha d'aconseguir un component o una estructura d'enginyeria. , on FS: el coeficient de seguretat, R: l'estrès aplicat i UTS: estrès final (psi o N/m2).[12]
El marge de seguretat també s'utilitza de vegades com a criteri de disseny. Es defineix MS = Càrrega de fallada/(Coeficient de seguretat × Càrrega prevista) − 1.
Per exemple, per aconseguir un coeficient de seguretat de 4, la tensió admissible en un component d'acer AISI 1018 es pot calcular com a = 440/4 = 110 MPa, o = 110×106 N/m2. Aquestes tensions permeses també es coneixen com a "esforços de disseny" o "esforços de treball".
Les tensions de disseny que s'han determinat a partir dels valors finals o de límit de fluència dels materials donen resultats segurs i fiables només en el cas de càrrega estàtica. Moltes peces de la màquina fallen quan se sotmeten a càrregues no constants i variables contínuament tot i que les tensions desenvolupades estan per sota del límit de fluència. Aquestes fallades s'anomenen fallades per fatiga. El fracàs és per una fractura que sembla fràgil amb poca o cap evidència visible de cediment. Tanmateix, quan l'estrès es manté per sota de l′"estrès de fatiga" o "estrès límit de resistència", la peça aguantarà indefinidament. Una tensió purament inversa o cíclica és aquella que alterna entre tensions pics positives i negatives iguals durant cada cicle d'operació. En una tensió purament cíclica, la tensió mitjana és zero. Quan una peça està sotmesa a una tensió cíclica, també coneguda com a rang de tensió (Sr), s'ha observat que la fallada de la peça es produeix després d'una sèrie d'inversions de tensió (N) encara que la magnitud de l'interval de tensió sigui inferior al límit de fluència del material. En general, com més gran sigui la tensió del rang, menor serà el nombre d'inversions necessàries per a la fallada.
Hi ha quatre teories de fallada: teoria de l'esforç de cisalla màxima, teoria de l'esforç normal màxim, teoria de l'energia de deformació màxima i teoria de l'energia de la màxima distorsió. D'aquestes quatre teories de fallada, la teoria de l'estrès normal màxim només s'aplica als materials fràgils, i les tres teories restants són aplicables als materials dúctils. D'aquests tres últims, la teoria de l'energia de distorsió proporciona els resultats més precisos en la majoria de les condicions d'estrès. La teoria de l'energia de deformació necessita el valor del coeficient de Poisson del material de la peça, que sovint no és fàcilment disponible. La teoria de l'esforç de tall màxim és conservadora. Per a tensions normals unidireccionals simples, totes les teories són equivalents, el que significa que totes les teories donaran el mateix resultat.
La força d'un material depèn de la seva microestructura. Els processos d'enginyeria als quals està sotmès un material poden alterar aquesta microestructura. La varietat de mecanismes d'enfortiment que alteren la resistència d'un material inclou enduriment per treball, enfortiment de la solució sòlida, enduriment per precipitació i enfortiment del límit del gra i es pot explicar quantitativament i qualitativament. Els mecanismes d'enfortiment van acompanyats de l'advertència que algunes altres propietats mecàniques del material poden degenerar en un intent de fer-lo més fort. Per exemple, en l'enfortiment del límit del gra, encara que la resistència de fluència es maximitza amb la disminució de la mida del gra, en última instància, les mides de gra molt petites fan que el material sigui trencadís. En general, el límit elàstic d'un material és un indicador adequat de la resistència mecànica del material. Considerat conjuntament amb el fet que el límit elàstic és el paràmetre que prediu la deformació plàstica en el material, es poden prendre decisions informades sobre com augmentar la resistència d'un material en funció de les seves propietats microestructurals i de l'efecte final desitjat. La resistència s'expressa en termes dels valors límit de la tensió de compressió, tensió de tracció i esforç de tall que causarien fallades. Els efectes de la càrrega dinàmica són probablement la consideració pràctica més important de la resistència dels materials, especialment el problema de la fatiga. La càrrega repetida sovint inicia esquerdes fràgils, que creixen fins que es produeix una fallada. Les esquerdes comencen sempre en una concentració de tensió, especialment canvis en la secció transversal de l'objecte, prop de forats i cantonades a nivells de tensió nominal molt inferiors als indicats per a la resistència del material.
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.