¿Qué es el esfuerzo en los materiales y cómo se cálcula?


El esfuerzo es la relación entre la fuerza aplicada y el área de la sección transversal donde está actuando la fuerza aplicada.

Esfuerzo normal

El estrés normal se puede expresar como

σ = FN / A (1)

dónde

σ = esfuerzo normal (N / m 2 , Pa, psi)

FN = fuerza aplicada perpendicular al área – Fuerza normal (N, lb)

A = área de la sección transversal (m 2 , in 2 )

Esfuerzo cortante

El esfuerzo cortante se puede expresar como

τ = FV / A (2)

dónde

τ = esfuerzo cortante (N / m2, Pa, psi)

FV = fuerza aplicada en el plano del área – Fuerza de corte (N, lb)

Ejemplo: esfuerzo normal en una columna él-una viga de acero

Una fuerza de 20000 N está actuando en la dirección de una columna universal británica UB 152 x 89 x 16 con un área de sección transversal de 20,3 cm2. El estrés normal en la columna se puede calcular como

σ = (20000 N) / ((20.3 cm2) (0.0001 m2 / cm2)    

= 9852216.75 Pa (N / m2)    

= 9.8 MPa

El límite elástico, la cantidad de tensión que puede sufrir un material antes de pasar de la deformación elástica a la deformación plástica, es típicamente de 250 MPa para el acero.

Ejemplo: esfuerzo cortante en una viga con carga puntual

Viga con carga puntual – fuerza de corte

Para una viga con carga de un solo punto soportada en ambos extremos, la fuerza de corte Fv (o V en la figura anterior) es igual en magnitud para soportar la fuerza R 1 o R 2 .

Las fuerzas de reacción se pueden calcular debido al momento de equilibrio alrededor del soporte 1

F L / 2 = R 2 L (4)

R 2 = F / 2 (5)

R 1 = R 2 = F / 2 (6)

Para una carga de 10000 N puntos perpendicular en una viga similar al ejemplo anterior, soportada en ambos extremos, la magnitud de la reacción y las fuerzas de corte se pueden calcular como

R 1

= R 2     

= V 1     

= V 2     

= (20000 N) / 2     

= 10000 N     

= 10 kN

El esfuerzo cortante se puede calcular como

τ = (10000 N) / ((20.3 cm2) (0.0001 m2 / cm2)   

= 4926108.37 Pa            

= 4.9 MPa