2003-1 Control 1 Pauta

IWC-203 MATERIALES de INGENIERIA Control 1 1º de Abril de 2003 PAUTA DE CORRECCION V 1

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La rigidez de los materiales se entiende como el cuociente entre el esfuerzo aplicado y la deformación producida en el rango elástico, y se expresa a través del módulo elástico. Por su parte el módulo elástico de los materiales cerámicos, así como para muchos otros materiales, no muestra diferencias al ser sometido a tracción o a compresión, en contrario de lo que indica la frase. Ambos metales se encuentran a temperatura ambiente a una alta fracción de la temperatura de fusión (0,49 y 0,42 Tf respectivamente) por lo cual se encuentran en condiciones de sufrir creep bajo la carga de medición aplicada. Mayor tiempo de carga produce mayor deformación y una lectura consecuente de menor dureza. La fuerza de apriete del clip sobre los papeles se origina en la respuesta elástica del material, el cual trata de volver a su condición original. La magnitud de esta fuerza depende del módulo elástico del material y no de su resistencia, cuya falencia produciría una deformación permanente del objeto.

El Cobre no se corroe expuesto a la intemperie, menos aún si está revestido en plástico. El Cobre no es frágil como para desarrollar fisuras. A temperatura cercana a la ambiente se encuentra lejos de un posible fenómeno de termofluencia y si está bien dimensionado, el esfuerzo de tracción generado por su propio peso debería estar muy por debajo del esfuerzo de fluencia. Ambas cifras indicadas son sensibles a la temperatura pero el valor del cuociente es determinado por el fenómeno de endurecimiento por deformación, representado por la pendiente de la zona plástica de una curva de tracción. Al subir la temperatura, este endurecimiento se reduce en intensidad, tendiendo a desaparecer a 0,5Tf (600ºC para el acero), donde el cuociente llega a ser igual a uno. X

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Justificación La tolva de un camión está expuesta a una intensa acción de desgaste ocasionado por las puntas de las rocas, las cuales indentan y deslizan sobre el material, en la carga y descarga de l camión. La protección contra el desgaste está dada por una dureza alta, la cual se consigue en planchas de acero mediante un temple, complementado por un revenido para atenuar la fragilidad del producto.

El impacto de la granalla produce deformación plástica localizada en la zona cercana a la superficie de la pieza, lo cual produce un campo de tensiones residuales de tipo compresión en dicha zona. Esto mejora la resistencia en fatiga de la pieza ya que los esfuerzos de tracción aplicados se atenúan en la superficie al restarse los esfueros residuales.

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Un ensayo de tracción se realiza a velocidad de deformación constante y las cargas se desarrollan por consecuencia, reflejando fenómenos propios de tiempos breves (minutos). En un ensayo de creep, la carga –constante- es la acción y la deformación la consecuencia y los resultados reflejan la acción de fenómenos de largo plazo (miles de horas). El módulo elástico de un material metálico no se ve afectado por la deformación plástica, sea que ésta ocurra a o altas temperaturas, en frío o en caliente, con o sin endurecimiento o bajo condiciones de creep. En este caso, el módulo de alta temperatura no se modifica durante el ensayo y recobra el mismo valor original al retornar a la temperatura ambiente. Los fenómenos de deformación plástica ocurren con una cierta inercia, frente a lo cual una velocidad de deformación impuesta externamente produce distintas reacciones del material según sea su valor. Un aumento en la velocidad de deformación hace que el material no sea capaz de generar los cambios internos correspondientes y presente mayor oposición a ella, lo cual se traduce en una mayor resistencia y menor deformación del material.

A a)

El material debe proporcionar una rigidez adecuada ya que si esta es insuficiente el marco tenderá a ser flexible lo cual es inconveniente para el ciclista. El indicador fundamental de rigidez es el módulo elástico del material, pese a lo cual es necesario hacer notar la importancia del espesor de los tubos del marco lo que permite cierto grado de manejo de la rigidez de estos elementos. En segundo lugar el material debe proporcionar una resistencia adecuada, la cual si es insuficiente podría ocasionar una deformación plástica (permanente) del material ante las cargas de servicio. El indicador fundamental para esto es el esfuerzo de fluencia y habría que indicar la misma acotación anterior, respecto del espesor de pared de los tubos, lo cual de paso influye sobre otro requerimiento importante, como es el peso. Finalmente se podría citar la necesidad de proveer una tenacidad suficiente para resistir sin fractura, las cargas dinámicas que le impone el uso a las partes del marco. Este requerimiento queda representado por la fractotenacidad. Otros requerimientos son, el bajo peso por razones obvias, la dureza para evitar abolladuras y las variables asociadas a la fabricación.

b) De los tres materiales indicados, ambos aceros entregan un módulo elástico alto pero una diferencia importante de resistencia. El acero de bajo carbono sin TT es de baja resistencia y este requerimiento debe ser satisfecho con un mayor espesor de pared de los tubos, con lo cual resulta un aumento del peso del vehículo. Por su parte el Aluminio es liviano pero su módulo es bajo y su resistencia alta gracias a un tratamiento térmico. Como combinación de variables el Aluminio permite desarrollar un producto de bajo peso, que fácilmente supera en calidad a los aceros tradicionales, pero que encuentra una situación de alta competitividad respecto del acero templado y revenido. B a) La deformación de B comienza a los 300MPa y cuando el esfuerzo tiene este valor, la parte A está presentando una deformación igual a 0,08. El largo instantáneo de dicha parte de la probeta es: Li=50*1,08 = 54 mm b) La parte A se fractura a 325 MPa, luego de pasar por un esfuerzo máximo de 400 MPa. Este esfuerzo máximo, provocó la máxima deformación de la parte B, la cual llegó con carga al valor 0,08, pero que es necesario calcular para la situación sin carga, como deformación permanente. Módulo elástico B

EB=300/0,01 = 30.000 MPa

Deformación elástica recuperada en parte B, desde 400 MPa = 400/30.000 =0,0133 Def permanente B = 0,08 – 0,0133 = 0,0666 Largo final B = 50 * 1,0666 = 53,33 mm c) La máxima carga que soporta el conjunto queda determinada por la parte más débil (A), cuyo esfuerzo máximo es de 400 MPa, lo cual equivale a una carga : Max P = 400 MN/m2 * (Pi)(D2)/4 = 31,4 kN C La fuerza de aprete a través de la rotación de la tuerca, genera un esfuerzo de tracción en el cuerpo del perno, que a su vez hace que el conjunto quede apretado y sus partes sin deslizamiento. Al prestar servicio a altas temperaturas, el perno puede quedar expuesto a termofluencia, toda vez que la temperatura alcance valores del tipo 0,3Tf. En este caso, el esfuerzo de tensión provoca deformación plástica del perno la que gradualmente va reemplazando a la deformación originalmente elástica, con lo cual se reduce el esfuerzo interior en el perno y simultáneamente va relajando el aprete del sistema, hasta que llega un momento en que es necesario realizar un reaprete para prevenir que el sistema deslice. Un excesivo torque aplicado en el aprete de pernos en esta circunstancia tendría sólo efectos negativos ya que con ello se aumenta el esfuerzo inicial interior en el perno, lo cual hace que el creep ocurra a una mayor velocidad y que por lo tanto se presente antes la necesidad de reapretar o de sufrir las consecuencias del aflojamiento del sistema.