Solicitación mecánica

Hola buenas ¡! Hoy les explicare lo que son solicitaciones mecánicas, ahí voy...

¿Qué es una solicitación mecánica?

La solicitación mecánica es una reacción interna de un material que se produce por una fuerza externa aplicado en diferentes zonas del material y hay diferentes tipos de esfuerzos como: tracción, compresión, flexión, cortadura y torsión. Estos materiales son diseñados y ensayados con maquinaria para saber la fuerza, la resistencia y la dureza del material (calidad).

Explicaremos cada una de los cinco materiales:

                                                         Tracción

La tracción es una fuerza que se produce a un material que es estirada por los extremos a llegar a un punto de rotura. Por ejemplo: si a un globo desinflado le estiramos poco y le luego le soltamos, vuelve a su posición inicial, si aumentamos la fuerza del estiramiento y luego soltamos, el globo medirá mas de su medida inicial pero si nos pasamos del límite de estiramiento el globo se campera  (rotura). Te enseño tres materiales a la hora de estirarlos:

           

                                                                                         

Siempre en una probeta debe de garantizarse la rotura dentro de las marcas. En todas se observa una forma que en los extremos tiene más sección que la zona centrar para así garantizar la rotura en la zona central.

Una probeta cuando es sometido a una fuerza de tracción en ella, es estirando y deformado. Cada vez que el material se va estirando poco a poco, la longitud y la sección va cambiando y se va formando un cuello de estricción y luego la rotura del material.

En esta imagen te enseño las fases de tracción de un material:

Aquí nos fijamos en  un ensayo. La parte azul es donde comienza el estiramiento y cada vez por la parte central (rojo) va reduciendo la sección formándose un cuello llamado estricción.

Maquinaria de ensayo

El proceso  de este ensayo, la probeta se coloca en las mordazas y a continuación se aplica una velocidad de estiraje y por último se registra la fuerza alargamiento de la probeta y se consigue una diagrama.

Diagrama de ensayo (resultados)

Este diagrama o curva nos indica la deformación (alargamiento) del material provocado por una fuerza de tracción. Explicaremos los cuatro puntos de la curva 

Una vez que tenemos el diagrama (esfuerzo, alargamiento) podemos transformarlo en tensión y deformación.

Explicaremos las fases del diagrama:

1-      Zona elástica: Es el primer tramo recto en el cual tenemos una  relación lineal entre la tensión aplicada y la deformación que sufre el material, es decir, son deformaciones instantáneas que se da al material mientras que se da una tensión y si cesa la tensión,  la deformación del material vuelve a su posición inicial. La tensión más elevada que se alcanza en esta recta es llamada  límite de fluencia, es decir, que si sobrepasa ese punto la probeta no volvería a su forma inicial (se quedaría estirada).

2-      Punto de Fluencia: Es un punto en que el material es irrecuperable, es decir, que manteniendo la misma tensión, la probeta se sigue deformándose.

3-      Deformación: Es cuando la probeta se sigue deformándose. En este punto se pueda apreciar cómo va disminuyendo la sección y a su vez aumentando la sección de la probeta.

4-      Estricción: Es a partir de ahora es cuando observamos como la reducción de sección se sitúa en un punto en concreto (rotura dentro de la marca) y formándose el cuello de estricción, después de este momento se sigue deformándose hasta la rotura del material.

¿Qué elementos de tracción se utilizan en un vehículo?

Especialmente se utilizan en cables, es decir, cable del embrague, cable del freno de mano, cable para abrir el capó del coche y cable del acelerador pero los coches de hoy en día no suelen tener cables, son motores eléctricos que hacen esa función.

Normalmente se suelen utilizar para aligerar el peso del vehículo en función del acero y también en la estructura del vehículo como el chasis y la carrocería para que cuando en un accidente el vehículo pueda absorber esa fuerza.

                       

Vídeo de ensayo de tracción

                                                      Compresión:

La compresión es para saber la resistencia de un material mediante un aplastamiento. Este aplastamiento lo que hace es comprimir las partículas por lo que se reduce la longitud y aumentar la sección. Por ejemplo: si a una pelota hinchada le comprimimos con el pie, las partículas se comprimen hacia abajo,  haciéndose una expansión sobre los costados por lo que disminuye su altura. Te enseño tres materiales.

Ensayo de compresión:

Se realiza con una maquina de comprimir. Por ejemplo: la prensa hidráulica que se utiliza en los talleres o otro ejemplo puede ser un gato hidráulico a la hora de subir el coche, quiero decir, cuando subimos un coche y para no rallar el faldón, le colocamos un taco entre el gato y el faldón y con una parte del peso del coche y del gato comprimimos el taco.

Los materiales más resistentes a la compresión son el acero y el hormigón. Aunque el hormigón es muy malo en la tracción, por eso se suelen utilizar ambos materiales porque el hormigón es fuerte a la hora de comprimir y el acero es bueno a la hora de tracción y compresión.

¿Qué elementos de compresión se utilizan en un vehículo?

Generalmente y es muy importante en la estructura del vehículo como el chasis. El chasis está construido por dos aceros(no es así), uno más fuerte que el otro, es decir, en un choque frontal  el acero del chasis (vano motor) se comprime más fácilmente para primero amortiguar el golpe, luego está el otro acero que es mucho más resistente y difícil de comprimir y así  proteger a los ocupantes del coche (habitáculo). En conclusión, los vehículos están hechos para deformarse desde fuera y por dentro no mucho.

Vídeo de ensayo de compresión

                                                      Flexión

Es el esfuerzo al que está sometido un elemento de una estructura cuando las cargas que actúan sobre el tienden a doblarse. Es un conjunto de la tracción y la compresión, es decir, por una parte comprimimos el material y por otra, el material tiende a estirarse a la hora de doblarse. 

Por ejemplo: si sentamos a una persona de 50 kilos en una banco de madera, la madera tiende a doblarse poco, si se levanta la persona, la madera vuelve a su posición inicial pero  si aumentamos a 100 kilos, la madera de hundirá mas y no volvería a tu posición inicial, pero si aumentamos a 150 kilos, la madera se romperá.

Muy importante, hay dos tipos de materiales que se suelen usar mucho en una ciudad: la madera y el acero porque son buenos en la flexión.

Madera: Las vigas de las casas. Se colocan encima de los muros (compresión) para aguantar el tejado.

Acero: se suelen usar muy bien en los edificios, por ejemplo cuando hay un terremoto (japón).

Vídeo 

a continuación veremos un acero doblado

Cuando el acero es doblado, la parte externa se estira y por la parte interna se contrae la 

moldura

Vídeo de ensayo de flexión

                                                            Cortadura

Es cuando la fuerza que actúan sobre una pieza tienden a cortarla. Por ejemplo: cuando cortamos un papel con una tijera, las partículas del papel se separan o se deslizan entre ellas formándose la cortadura. 

Los materiales que se pueden cortar con una tijera son: papel, cables, cinta decida, etc.

Los materiales que se pueden cortar con un alicate o cizalla son: alambres de diámetro regular, cables con más sección, alambres de acero (cizalla), etc.

-          Te mostrare una maquina grande que pueden cortar acero de tiempo real.

-          Te mostrare una maquina que puede cortar acero mediante un láser y hacer formas geométricas impresionantes.

                                                  Torsión

Es cuando las fuerzas que actúan sobre la pieza tienden a retorcerse sobre su mismo eje.

¿Qué elementos de torsión se utilizan en un vehículo?

El 80% por ciento de un vehículo está formado por acero. Especialmente la barra de torsión de un vehículo se retuerce sobre su eje como los palieres, cigüeña, el árbol de transmisión, tonillos, etc. La madera no sirve para esta función ni el hormigón.

Os preguntareis.. ¿Por qué los coches llevan dos o tres barras de torsión?

Porque el chasis o la estructura del vehículo es rígido por lo que también se puede retorcer a la hora de entrar a una curva por ejemplo y por eso se pone barras de torsión. La barras de torsión se colocan para poder hacer la estructura mucho mas rígida, con lo que se nota mucho al entrar una curva (no se te va mucho el coche)

La mayoría de coches tienen que tener por lo menos una barra de torsión por la parte delantera sitiada debajo del coche. Como te muestro en esta imagen: en la parte central de la barra va amarrada en la cuna y en los extremos a las bieletas de suspensión que van amarrado al amortiguador.

Te mostrare una barra llamado barra de torreta situada en el vano motor. (Más rígido) da más rigidez al coche y van situadas en las torretas de los amortiguadores.

Te mostrare una barra trasera. (Separado del puente trasero).

Te mostrare una barra con el puente trasero en un mismo conjunto.

Es muy importante que a la hora de cambiar un palier de un coche, es saber si es resistente a la potencia del motor porque si el palier resiste a 50 caballos pero tu motor tiene mucho mas, puede que no resista y se parta como en la imagen.

Una vez me paso en el taller... os contare. Cuando un tornillo está muy oxidado y cogemos la llave para desatornillar, se rompe la cabeza del tornillo porque en el interior esta agarrado por lo que se produce una torsión y rotura del material.

Otra cosa, cuando se cambia una culata siempre se debe de cambiar los tornillos por unos nuevos y nunca volver a poner los  viejos porque los tornillos en si ya están estirados (tracción) y tienen algo de torsión por están muy apretado.

Vídeo de ensayo de torsión de un acero: 

Bueno, espero que os haya gustado y servido de algo.

Un saludo!!!