Mecánica de materiales - Ensayo de tensión y propiedades básicas

Cada material tiene propiedades específicas, y cuando nos referimos a la mecánica de materiales, encontramos distintos diagramas de esfuerzo-deformación que son muy importantes en el estudio de la mecánica y resistencia de materiales. Estos diagramas se pueden realizar de manera experimental a través de distintos ensayos.

ENSAYO DE TENSION   

Un material se dice resitente cuando soporta cargas sin romperse, o deformarse de manera excesiva. A través del ensayo de tendión podemos conocer el comportamiento de este material al esfuerzo y la deformación que sufre el material en condiciones específicas.
Para el ensayo de tensión, se utiliza una probeta con forma estandarizada, y se colocan marcas entre la brecha que se va a deformar. Esta longitud se dice calibrada y es la que nos va a mostrar la deformación que sufre por unidad de longitud.
Se aplica una carga axial para estirar la pieza muy lentamente, hasta que se rompe.
la carga y la elongación se miden con este método por medio de un extensómetro.

Luego se traza el diagrama de esfuerzo-deformación, que puede describirse de 2 maneras:
El esfuerzo nominal o de ingeniería, esta dado por la fuerza sobre el area transversal inicial de la figura


También encontramos la deformación nominal o de ingeniería, que es la longitud del calibrador dividida entre la longitud original

Si se grafican ambos, podemos encontrar el diagrama de deformación unitaria. Este diagrama no se afecta por la longitud o forma del material, y por lo tanto es una propiedad intensiva del material.
El comportamiento elástico de un material es cuando la deformación y el esfuerzo ocurren de forma lineal, de manera linealmente elástica, y cuando se detiene la carga, el material vuelve a su longitud original.
La fluencia, es cuando el material sobrepasa el límite de comportamiento elástico y se empieza a deformar de manera permanente, creando dislocaciones en su estructura interna.
La deformación plástica es, entonces, cuando el material sufre elongaciones permanentes tras pasar el esfuerzo de fluencia.
Al terminar la fluencia, el material sufre un endurecimiento por deformación, donde las dislocaciones disminuyen y el material se hace mas resistente y frágil, hasta llegar al esfuerzo ultimo de tensión (o fractura) donde el material se rompe.
La formación del cuello o estricción se da cuando hay un concentrador de esfuerzos en la probeta (puede ser incluso una dislocación) que hace que la reducción del area no sea constante en toda la probeta sino que se genere un encuellamiento.
También podemos crear un diagrama de esfuerzo/deformación unitaria real, donde consideramos que la probeta conserva un volumen constante, y que cuando se estira, se reduce proporcionalmente el area. Este diagrama coincide con el otro cuando la deformación es pequeña, pero cuando llegamos a fluencia puede cambiar significativamente el uno del otro.


MATERIALES DUCTILES Y FRAGILES

Dependiendo de las curvas de esfuerzo/deformación, podemos hacer una distinción entre los diferentes comportamientos. Si un elemento se deforma bastante antes de la rotura, decimos que es ductil.

Si por el contrario su deformación plástica es casi inexistente, decimos que es frágil.
Los materiales dúctiles son útiles en ingeniería ya que en caso de impacto o un esfuerzo muy grande, se  pueden absorber impactos o deformaciones en lugar de romperse o crear una falla catastrófica.
El porcentaje de elongación es
 

Y se da en porcentaje. Para la reducción de area es

También en porcentaje.
Af en este caso es el area de fractura, para el acero dulce, por ejemplo, se encuentra cerca del 60%
Los materiales frágiles exhiben poca fluencia antes de la fractura. En general, estos materiales se agrietan por una imperfección y fallan. Cuando se someten a comrpesión axial, estos elementos soportan mas carga y son mucho mas resistentes. Algunos materiales frágiles son el hierro colado y el acero.

LEY DE HOOKE:

establece la proporción entre elongación y esfuerzo durante la fase elástica de un material.
La relación se conoce como modulo de Young y es específico para cada material. Cabe resaltar que esto solo aplica durante la fase elástica y cuando se llega a la fluencia deja de existir esta proporcionalidad.


ENDURECIMIENTO POR DEFORMACION:

Cuando un material se deforma permanentemente, y luego se libera la carga, también aumenta a su vez la resistencia y fragilidad, además de aumentar el punto de fluencia. Esto puede ser aprovechado cuando se trabaja en frío un material.