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Cuatrimestre Enero – Abril INTRODUCCIÓN La resistencia es una propiedad o característica de un elemento mecánico. Esta propiedad resulta de la identidad del material, del tratamiento y procesamiento incidental para crear su geometría, y de la carga; asimi...

Cuatrimestre Enero – Abril INTRODUCCIÓN La resistencia es una propiedad o característica de un elemento mecánico. Esta propiedad resulta de la identidad del material, del tratamiento y procesamiento incidental para crear su geometría, y de la carga; asimismo, se encuentra en el punto de control o ubicación crítica. Además de considerar la resistencia de una parte individual, se debe estar consciente de que las resistencias de las partes que se producen en masa diferirán en cierto grado de las otras del conjunto o ensamble debido a variaciones en las dimensiones, el maquinado, el formado y la composición. Los indicadores de la resistencia son, necesariamente, de naturaleza estadística e involucran parámetros como la media, la desviación estándar y una identificación de la distribución. Una carga estática es una fuerza estacionaria o un par de torsión que se aplica a un elemento. Para ser estacionaria, la fuerza o el par de torsión no deben cambiar su magnitud, ni el punto o los puntos de aplicación, ni su dirección. Una carga estática produce tensión o compresión axial, una carga cortante, una carga flexionante, una carga torsional o cualquier combinación de éstas. Para que se considere estática, la carga no puede cambiar de ninguna manera. En esta materia se consideran las relaciones entre la resistencia y la carga estática con objeto de tomar decisiones respecto del material y su tratamiento, fabricación y geometría para satisfacer los requerimientos de funcionalidad, seguridad, confiabilidad, competitividad, facilidad de uso, manufacturabilidad y comerciabilidad. El grado de detalle de esta lista se relaciona con el alcance de los ejemplos. La falla puede significar que una parte se ha separado en dos o más piezas; se ha distorsionado permanentemente, arruinando de esta manera su geometría; se ha degradado su confiabilidad, o se ha comprometido su función, por cualquier razón. Cuando un diseñador habla de falla puede referirse a cualquiera o todas estas posibilidades. En esta materia la atención se enfoca en la predicción de la distorsión o separación permanentes. En situaciones sensibles al esfuerzo el diseñador debe separar el esfuerzo medio y la resistencia media en el punto crítico de manera suficiente para lograr sus propósitos. Diseño del producto Universidad Politécnica Monclova Frontera  Cuatrimestre Enero – Abril En las siguientes figuras se muestran fotografías de partes que han fallado. Eje de un camion. Cuchilla de césped Resorte de un compresor Tornillo de una máquina de pesas. Diseño del producto Universidad Politécnica Monclova Frontera  Cuatrimestre Enero – Abril Las fotografías ejemplifican la necesidad que tiene el diseñador de estar muy al tanto de la prevención de fallas. Con este propósito se considerarán estados de esfuerzos en una, dos y tres dimensiones, con y sin concentraciones de esfuerzos, para materiales tanto dúctiles como frágiles. Resistencia estática En términos ideales, cuando diseña cualquier elemento de máquina, el ingeniero debe tener a su disposición los resultados de una gran cantidad de pruebas de resistencia del material elegido. Estos ensayos deben realizarse en piezas que tengan el mismo tratamiento térmico, acabado superficial y tamaño que el elemento que se propone diseñar; además, las pruebas deben conducirse exactamente bajo las mismas condiciones de carga a que se someterá la parte en servicio. Esto significa que si la parte se va a someter a carga flexionante, se debe ensayar con una carga flexionante. Si se va a someter a flexión y torsión combinadas, se debe ensayar bajo flexión y torsión combinadas. Si se hace de acero tratado AISI 1040 estirado a 500°C con un acabado esmerilado, las piezas que se sometan a prueba deben ser del mismo material preparado de la misma manera. Esos ensayos proporcionarán información muy útil y precisa. Cuando esos datos están disponibles para propósitos de diseño, el ingeniero puede estar seguro de que está haciendo el mejor trabajo de ingeniería. El costo de reunir esa gran cantidad de datos antes del diseño se justifica si la falla de la parte puede poner en peligro la vida humana, o si la parte se fabrica en cantidades suficientemente grandes. Diseño del producto Universidad Politécnica Monclova Frontera  Cuatrimestre Enero – Abril Por ejemplo, los refrigeradores y otros aparatos electrodomésticos tienen grados de confiabilidad muy altos porque las partes se hacen en grandes cantidades, de manera que se pueden ensayar por completo antes de su manufactura. El costo de realización de estos ensayos es muy bajo cuando se divide entre el número total de partes que se fabrican. Ahora, se pueden apreciar las cuatro categorías de diseño siguientes: 1. La falla de la parte pondría en peligro la vida humana, o se fabrica en cantidades extremadamente grandes; en consecuencia, se justifica un elaborado programa de ensayos durante el diseño. 2. La parte se hace en cantidades lo suficientemente grandes como para hacer una serie moderada de ensayos. 3. La parte se hace en cantidades tan pequeñas que los ensayos no se justifican de ninguna manera, o el diseño se debe completar tan rápido que no hay tiempo para hacer los ensayos. 4. La parte ya se ha diseñado, fabricado y ensayado, y se ha determinado que es insatisfactoria. Se requiere un análisis para entender por qué la parte es insatisfactoria y lo que se debe hacer para mejorarla. Con mucha frecuencia no es necesario diseñar empleando sólo valores de la resistencia a la fluencia, de la resistencia última, del porcentaje de reducción del área y del porcentaje de elongación. ¿Cómo se pueden usar datos tan escasos para que al diseñar se tomen en cuenta cargas estáticas y dinámicas, estados de esfuerzos biaxiales y triaxiales, temperaturas altas y bajas y partes muy pequeñas y muy grandes? Diseño del producto Universidad Politécnica Monclova Frontera