Propiedades Mecánicas de Materiales y Análisis Estructural con MEF

Comprendiendo las Fuerzas y el Comportamiento de Materiales

Tipos de Esfuerzos Mecánicos

• Pandeo: Comportamiento de un elemento vertical sometido a compresión.
• Tracción: Dos fuerzas que actúan en sentido contrario, provocando el estiramiento de un material.
• Torsión: Aplicación de fuerzas en direcciones opuestas que retuercen o giran un objeto.
• Compresión: Fuerzas que actúan en el mismo sentido, aplastando el material.
• Flexión Pura: Un eje en posición horizontal, sustentado por apoyos en sus extremos y sometido a una fuerza externa vertical, trabaja a flexión pura.

Caracterización de Materiales y Seguridad

• Caracterización de Propiedades Mecánicas: Se determina principalmente mediante el ensayo de tracción.
• Coeficiente de Seguridad: Es la relación entre la capacidad máxima calculada de un sistema y el requerimiento esperado real al que se someterá.
• Reacción: Se considera una fuerza externa.
• Componentes Mecánicos Comparables a Apoyos: Rodamientos y engranajes.
• Límite Elástico: La tensión máxima que un objeto puede soportar sin sufrir una deformación permanente.
• Indicador de Daños: La deformación máxima es un indicador común para verificar si un componente sometido a cargas sufrirá daños.

Análisis de Ejes y Transmisiones

En una transmisión de engranajes de dientes rectos, si un motor eléctrico se acopla al extremo A de un eje AB, y los apoyos A y B son rodamientos radiales a bolas, el eje AB trabaja bajo modos de torsión y compresión.

Método de Elementos Finitos (MEF)

El Método de Elementos Finitos (MEF) se basa en dos criterios principales: resistencia y rigidez. El software Modulo Generative Structural Analysis facilita este proceso.

Pasos del Análisis MEF

1. Creación de Geometría: Incluye la definición del material.
2. Creación del Modelo de Elementos Finitos:
   • Estructura continua
   • Estructura discreta
   • Aplicación de cargas
   • Establecimiento de condiciones de contorno
3. Lanzamiento del Cálculo
4. Evaluación de Resultados
5. Rediseño y Optimización

Materiales: Acero y Fundición

• Acero: Es una aleación de hierro con carbono, cuya composición de carbono varía entre el 0.03% y el 1.075% en peso.
• Ensayo Mecánico Común: El ensayo de tracción es el más utilizado.
• Diferencia entre Acero y Fundición: El acero presenta un porcentaje de carbono inferior al de la fundición.
• Tensión en Resistencia de Materiales: Busca explicar el comportamiento interno de los cuerpos sometidos a esfuerzos.
• Tensión Von Mises: Se emplea en las teorías de fallo como un indicador de buen diseño en materiales dúctiles.