En este objeto de aprendizaje se presenta el concepto de deformación normal en el análisis de las propiedades de un material.
Consideraciones y criterios para la selección de un material
Deformación
Podemos pensar en la deformación como una reacción de reacomodo de átomos en la estructura como respuesta a un estado de esfuerzos. Una de las principales deformaciones estudiadas es la llamada deformación normal, la cual ocurre en el eje principal del elemento. Los análisis de esfuerzo-deformación señalarán si el comportamiento del elemento es frágil (que no soporta la deformación) o dúctil (que puede deformarse), con base en el llamado módulo de elasticidad.
Deformación normal
En materiales deformables como los metales, se define la deformación como el fenómeno causado al someter las estructuras a un estado de cargas. La principal deformación se lleva a cabo a lo largo del eje principal de una estructura, como las vigas o las barras.
La deformación normal bajo carga axial es una medida del cambio de longitud en una barra o viga al someterla a una carga. La distancia épsilon (e) representa la deformación total de la barra, y con ella definimos la deformación unitaria como:
La deformación es adimensional, nota también que se asume que el elemento sometido a carga es de un área transversal constante. En el caso de elementos con áreas transversales no constantes, podemos definir la deformación en una diferencial de longitud a lo largo del elemento como:
Deformación térmica
Cuando sometemos un elemento a un cambio de temperatura, éste sufre un cambio en la longitud debido al reacomodo de su estructura interna. Esta deformación es una función lineal del incremento de temperatura originado y tiene la forma:
donde alfa es llamada coeficiente de expansión térmica y L la longitud inicial.
Deformación tangencial
Al aplicar una fuerza cortante sobre las caras del elemento, éste reaccionará con una deformación caracterizada por una inclinación en las caras transversales a la dirección del esfuerzo cortante, deformación medible en forma de ángulo (en radianes).
Si el esfuerzo cortante no sobrepasa el límite de corte, la deformación obedecerá a la ley de Hooke, bajo las relaciones:
donde la constante G es llamada módulo de rigidez o módulo de cortante del material. Estas relaciones junto a las ecuaciones establecidas en la ley de Hooke generalizada, representan una formulación aún más amplia de esta ley. Nótese que sólo se definieron tres relaciones, pues las restantes tres son, por simetría, las mismas.