¡Hola amigos! Bienvenidos al tutorial de teorías de falla. Las teorías de falla se utilizan para entender en qué condiciones de carga los materiales de diseño fallan. Es importante comprender estas teorías para el diseño de estructuras civiles o equipos mecánicos, de modo que su diseño no falle. Antes de adentrarnos en el tema principal, veamos una pequeña analogía relacionada con las teorías de falla. Imagina a un levantador de pesas cuya capacidad máxima de levantamiento es de 50 kg. Si le agregamos 1 kg más de peso, no podrá levantarlo. Ahora, consideremos al mismo levantador de pesas en una situación diferente, donde está levantando 15 kg en una mano, 25 kg en la otra mano y 10 kg en la cabeza. En el primer escenario, sabemos que su capacidad máxima de levantamiento es de 50 kg. ¿Es cierto decir que en el segundo caso tampoco podrá levantar más de 50 kg? No es exactamente cierto, pero es una buena suposición. Si podemos asumir esto, se llamará teoría de falla para el levantador de pesas. Lo que hemos hecho aquí es tener una carga simple para el levantador de pesas y encontramos un límite máximo. En el segundo caso, tuvimos una carga compleja para el mismo levantador de pesas y asumimos que también es aplicable el caso de carga simple del primer escenario para el segundo caso de carga compleja. Esto es lo que se conoce como teorías de falla en el material.
En el caso de una falla material, procederemos de la misma manera. Tenemos dos casos: una carga simple y una carga compleja. El primer caso es una prueba simple de tensión que se realiza en el laboratorio y se obtienen los resultados. Al conocer los resultados de una prueba simple de tensión, podemos predecir cómo fallará el material bajo una carga de compresión. Por ejemplo, si conocemos el límite de tensión máximo o la deformación máxima que el material puede soportar, podemos utilizar estos datos para predecir cómo fallará el material bajo una carga compleja. Comparamos los valores obtenidos en la prueba simple de tensión con los valores máximos en el caso de carga compleja. Si la tensión máxima del caso complejo supera la tensión máxima de la prueba simple de tensión, el material fallará. Utilizamos este enfoque para otras variables también, lo que nos permite formular teorías de falla.
Antes de profundizar en las teorías de falla, es importante comprender dos conceptos: la prueba simple de tensión y los esfuerzos principales y planos principales. En la prueba simple de tensión, aplicamos una fuerza de tensión a una barra y observamos cómo la barra se estira. La deformación será proporcional al estrés hasta el límite elástico. Después de este punto, se producirá una deformación permanente incluso si se libera la fuerza. Podemos asumir que el límite elástico es el límite de falla. Sin embargo, el límite elástico es difícil de medir durante una prueba simple de tensión, pero justo por encima del límite elástico hay otro límite llamado punto de fluencia superior, que es más fácil de medir. Podemos asumir que este punto es el criterio de falla. Además, debemos tener en cuenta que en materiales dúctiles, como el acero, se formará una zona de cuello durante la falla.
En la prueba simple de tensión, podemos medir la tensión máxima, la deformación máxima y la energía de deformación almacenada. Utilizando estos datos, podemos predecir cómo fallará el material bajo una carga compleja. Además, podemos calcular el esfuerzo máximo de corte y la energía de deformación de corte almacenada durante la falla. Estos datos nos permiten formular cinco teorías de falla. Para cada teoría, comparamos uno de estos parámetros con el valor máximo obtenido en el sistema real. Si alguno de los valores en el sistema real supera el valor máximo, el material fallará.
Las cinco teorías de falla son: la teoría del esfuerzo máximo principal, la teoría del esfuerzo de corte máximo, la teoría de la deformación máxima principal, la teoría de la energía total de deformación y la teoría de la energía de deformación de corte. Cada teoría tiene su propia ecuación de falla o condición de falla. Algunas teorías son adecuadas para materiales frágiles, como el vidrio o la cerámica, mientras que otras son más adecuadas para materiales dúctiles, como el acero y el aluminio. La teoría de falla de energía de deformación de corte es considerada la mejor, ya que es aplicable a la mayoría de los casos y es ampliamente utilizada en la industria. Al utilizar estas teorías de falla, podemos diseñar estructuras civiles o equipos mecánicos teniendo en cuenta las propiedades de los materiales utilizados. ¡Gracias por leer este contenido! Espero que te haya dado una buena introducción a las teorías de falla. Si estás interesado en aprender más, visita nuestro sitio web www.learnedengineering.org para obtener más aplicaciones industriales de estas teorías.
