Siento lo tardanza gente, pero hasta hoy no he podido encontrar un rato para seguir, prometo que a partir de ahora llevaremos otro ritmo.
CAPITULO DOS: VALE, PERO QUÉ ES LO QUE VOY A PROBAR
Del capítulo anterior nos ha quedado claro que debemos simplificar todo lo posible nuestros estudios para hacerlos realistas, ¿pero qué es lo que voy a probar? ¿que información puedo sacar?
Después de colocar las condiciones de sujeción, y de aplicarle las cargas más parecidas a la pieza que simulen sus solicitaciones de funcionamiento normal, nos vamos a encontrar con 4 resultados principales para nuestro estudio.
TRAZADO DE TENSIONES
Aquí vamos a encontrar cómo está de solicitada, o cargada, la pieza, en una escala de colores para distinguir visualmente de un plumazo como están distribuidas las tensiones.
A este respecto hay que mencionar que el resultado nos lo da con el criterio de Von Mises, que es un criterio utilizado en resistencia de materiales para calcular la tensión, digamos total, en un punto del material, teniendo una jartá de tensiones diferentes en múltiples direcciones.
A este respecto voy a tener que hacer una aclaración, sin entrar mucho en materia y pasando de fórmulas, pero para que se entienda lo que estoy contando. Ingenieros, físicos, arquitectos y demás no os arranquéis el pelo por las simplificaciones, que esto es para lo que es. Tampoco os riáis mucho de mis dibujos a mano, hago lo que puedo.
¿Qué es eso de tensión total, múltiples tensiones y todas esas milongas?
Veamos, cuando se ensaya un material para sacar su límite elástico, o su límite de rotura, se hace con unas condiciones muy concretas, se coge una probeta de material cilíndrica, por ejemplo, y se la pone en una maquina que tira de sus extremos hasta que rompe, se anotan las tensiones y deformaciones, se establece como de resistente es el material, y adiós muy buenas. Pues esto, simplemente así, no nos serviría de nada a la hora de diseñar si no contásemos con criterios que nos permiten pasar de las situaciones ideales a las situaciones reales.
Es decir, nosotros, en el laboratorio, tendríamos lo que pasa en esta figura:
Como vemos, una partícula de material de tamaño diferencial (vamos, pequeña de cojones) en este ensayo está sometida a una tensión hacia arriba, y otra hacia abajo. Si el material que probásemos fuera por ejemplo, un S275, pues este material se deforma cuando llegásemos a los 275 kg/mm2 y ese será su limite elástico.
Ahora, cogeremos una barra de acero S275 y tiramos de ella por sus extremos con esa fuerza, y la empezaremos a deformar. (idealmente, luego hay grietas que fragilizan el material, que la barra no sea totalmente recta y la tensión ya no sea uniaxial... ya me entendéis el espíritu de lo que digo)
Pues bien, esta situación nos sirve para este caso y para ninguno más, nunca tendremos la suerte de diseñar una pieza que esté tan idealmente cargada, siempre vamos a tener cargas por todos sitios, de valores diferentes, apuntando hacia nosedonde... y claro, diréis, coño, yo he probado el material para esta carga en especifico, tracción uniaxial y probeta redonda, ¿como sé yo ahora que en mi caso real, el material ha superado el límite elástico o no?
Imaginaos la siguiente pieza:
Un tubo empotrado contra una pared, con un momento torsor, que provocará una tensión tangencial, una fuerza, que provocará otra tensión tangencial y además por como esta situado provocará un par flector, que en resumen, provoca una fuerza normal de tracción. Y dependiendo de donde estemos analizando, unas fuerzas actúan y otras no, por ejemplo el par flector no afecta al plano medio de la barra, pero justo en ese punto es donde más ataca la fuerza de cortadura... en fin, diseñar es un sindios. Y como veis, nuestro pequeño trozo material diferencial ahora no esta sometido a una tensión tan simple, sino que hay varias y cada una puesta como dios le dió a entender.
¿Entonces como sabemos si una situación de tensiones ha llegado al límite elástico y empezaremos a deformar el material? ¿Cómo podemos simplificar el estado de tensiones y estar seguros de que no nos estamos pasando al cargar una zona de un material? Pues precisamente de eso, se encarga el criterio de Von mises, que es un pestiño de cuidado y del que las personas cabales sólo de acuerdan de su expresión, y pasa totalmente de las ecuaciones y suposiciones del que sale.
En fin, todo esto para saber de donde viene el estado tensional que nos proporciona el Solid... el programa "divide" el material el trocitos, resuelve las ecuaciones de fuerzas, mira a ver como están esas fuerzas, las aplica contra el criterio, y nos devuelve un resultado de como está cargada esa zona según el criterio de tensiones mas aceptado (hay otros), para proporcionarnos un valor numérico fiable de como de cargada está cada zona.
Cabe señalar que la numeración de los aceros, se refiere al límite elástico, y cuando alguien diseña algo, lo hace pensando en el límite elástico del material, no el de rotura. Una pieza además de una funcionalidad resistente, tiene una funcionalidad geométrica, si diseñamos algo que va a estar trabajando superando su límite de elasticidad, (tensión de fluencia, limite elástico, como lo queráis llamar) además de jugar con fuego porque estamos solicitando mucho al material (a fatiga ya ni te cuento, como sufra de ella), la pieza se deformará, no encajará con las demás y es un sindios. Por eso limite elástico y factores de seguridad altos. Por cierto, el solid calcula el factor de seguridad contra el límite elástico, no contra el límite de rotura, por eso, en el trazado de seguridad si veis un fos menor a uno no quiere decir necesariamente que la pieza se vaya a ROMPER, sino que se supera el límite elástico y no es apta para ese uso.
Venga, aquí una gráfica de como varían las tensiones con las deformaciones para un material. Aquí se pueden ver dos zonas diferenciadas, la zona elástica, donde la tensión y la deformación de un material es proporcional, relacionada por una recta, y que si dejamos de cargar el material, la deformación que sufre se recupera (como una goma elástica), y que es donde queremos que "trabajen" nuestra piezas, y la zona plástica, donde ya nos hemos "cargado" el material, y está deformado irremediablemente y aunque dejemos de solicitarlo, está deformado. Al límite de tensión entre una zona y otra, se le llama límite elástico.
Volviendo al tema del solid, lo normal es que el trazado por defecto de tensiones, sea el de Von Mises, pero haciendo doble url sobre el trazado, podemos "partir" esa tensión de Von Mises en sus componentes, y que nos enseñe solamente lo que nos interesa, tensión normal según los 3 planos, tensiones cortantes, tensiones principales...
En esta imagen, en el caso de la rueda que comentábamos el otro día, he seleccionado que me muestre la tensión normal (saliente o entrante) del eje X. Como vemos, la mayoría de la pieza está en verde (no hay tensión normal en ese eje), pero esa fuerza hacia abajo, provoca un momento flector en el eje de la rueda. Por su sentido, ese momento flector provoca una tensión normal respecto al eje x hacia afuera en la parte de arriba (en rojo) y una igual en valor pero de sentido contrario (en azul y en negativo) en la parte de abajo. Como comentamos antes, ese flector no afecta a la parte media y la parte media del eje está en verde.
La idea es, que aunque normalmente nos darán los resultados en von mises y tensión total, podemos tamizar los resultados por todos los tipos de tensiones que aparecen en la pieza y puede ser relevante mientras estamos diseñando. Si no, pues el programa ya hace el por mismo lo fundamental.
Otro día mas cosas. Si tenéis alguna duda ya sabéis.
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un saludo
