¿Alguna vez te has preguntado por qué los materiales fallan bajo carga estática? Hoy te sumergiremos en el fascinante mundo de las teorías de falla bajo carga estática. A medida que exploramos las diferentes teorías que buscan explicar este fenómeno, descubriremos cómo las tensiones y los materiales desempeñan un papel clave en la determinación de la resistencia de los objetos a la deformación. Si eres curioso acerca de los diferentes enfoques que los científicos han desarrollado para comprender las fallas en los materiales, ¡sigue leyendo! ¡Te sorprenderás de cuánto hay por descubrir!

Predecir la falla del componente de la máquina en el caso de tensiones uniaxiales (esfuerzo simple o compresión) es muy fácil si se comprende la curva tensión-deformación. Predecir la falla de un componente de una máquina es complicado cuando el componente de la máquina está sujeto a varios tipos de cargas biaxiales (el componente está sujeto a dos cargas diferentes) o cargas triaxiales (el componente está sujeto a tres cargas diferentes). Se han desarrollado varias teorías del fracaso.

Diferentes teorías del fracaso

Las siguientes son las diferentes teorías de fallas que han evolucionado cuando un componente de una máquina se somete a varios tipos de carga biaxial (el componente está sujeto a dos cargas diferentes) o carga triaxial (el componente está sujeto a tres cargas diferentes).

• Teoría del estrés principal máximo (o estrés normal).
• Teoría del esfuerzo cortante máximo
• Teoría de la deformación principal máxima (o deformación normal).
• Teoría de la energía de deformación máxima
• Teoría de la energía de máxima distorsión

Analicemos cada una de ellas, en qué punto se produce el error y qué tipo de materiales son aplicables a los diferentes tipos de teorías del error mencionadas anteriormente.

Teoría del estrés principal máximo

• La teoría del principio de máximo también se conoce como teoría de Rankine.
• La falla ocurre en un punto de un elemento de una máquina cuando la tensión principal máxima en un sistema de tensión biaxial alcanza la resistencia última del material en una prueba de tracción simple.
• La resistencia última del material significa el límite elástico para materiales dúctiles.
• Para materiales frágiles, la resistencia última del material sería la carga última.
• Sin embargo, esta teoría de fallas sólo es aplicable a materiales frágiles.
• No aplicable a materiales dúctiles ya que este principio es aplicable cuando la falla se produce por tensión o presión. No aplica para esquila.

Teoría del esfuerzo cortante máximo

• La teoría del esfuerzo cortante máximo también se conoce como teoría de Guest o Tresca.
• La falla ocurre en un punto de un elemento de una máquina cuando el esfuerzo cortante máximo en un sistema de esfuerzos biaxiales alcanza el valor correspondiente al esfuerzo cortante en el límite elástico en un ensayo de tracción simple.
• Esta teoría se utiliza para piezas de máquinas hechas de material dúctil.

Teoría de la deformación principal máxima

• La teoría de la deformación principal máxima (o deformación normal) también se conoce como teoría de Saint-Venant.
• La falla ocurre en un punto de un elemento de una máquina cuando la deformación principal máxima en un sistema de tensión biaxial alcanza el límite de deformación en una prueba de tracción simple.
• El alargamiento límite es el límite elástico del material.
• Esta teoría de la deformación principal máxima generalmente no se utiliza. Debe utilizarse en casos especiales en los que se requieren resultados fiables.

Teoría de la energía de deformación máxima

• La teoría de la energía de deformación máxima también se conoce como teoría de Haigh.
• La falla ocurre en un punto en un elemento de una máquina cuando la energía de deformación por unidad de volumen en un sistema de tensión biaxial alcanza el límite de energía de deformación por unidad de volumen en una prueba de tracción simple.
• La energía de deformación límite es la energía de deformación en el límite elástico del material.
• Esta teoría se puede utilizar para materiales dúctiles.

Teoría de la energía de máxima distorsión

• La teoría de la energía de máxima distorsión también se conoce como teoría de Hencky y Von Mises.
• La energía de deformación es la energía de deformación cortante, que es la diferencia entre la energía de deformación total y la deformación debida a una tensión uniforme.
• La falla ocurre en un punto en un elemento de una máquina cuando la energía de deformación por unidad de volumen en un sistema de tensión biaxial alcanza el límite de energía de deformación por unidad de volumen en una prueba de tracción simple.
• Esta teoría se puede utilizar en lugar de la teoría de la energía de deformación máxima para materiales dúctiles.

Se trata de varias teorías de fallos que ayudan a predecir el fallo de un componente de la máquina. Es complicado cuando el elemento de la máquina está sometido a diferentes tipos de cargas biaxiales (el componente está sometido a dos cargas diferentes) o cargas triaxiales (el componente está sometido a dos cargas diferentes a tres cargas diferentes).

Teorías de falla de componentes de máquinas sujetos a tensiones biaxiales y triaxiales

Introducción

La predicción de la falla de componentes de máquinas sujetos a tensiones uniaxiales es relativamente simple utilizando la curva de esfuerzo-deformación. Sin embargo, cuando los componentes están sujetos a tensiones biaxiales o triaxiales, la predicción de la falla se vuelve más complicada. En este artículo, discutiremos varias teorías de falla que han sido desarrolladas para estos casos particulares.

Teoría de la tensión principal máxima

La teoría de la tensión principal máxima, también conocida como teoría de Rankine, establece que la falla ocurre en un punto de un componente de máquina cuando la tensión principal máxima en un sistema de tensiones biaxiales alcanza la resistencia límite del material en una prueba de tensión simple. Esta teoría es aplicable únicamente a materiales frágiles y no se aplica a materiales dúctiles.

Teoría del esfuerzo cortante máximo

La teoría del esfuerzo cortante máximo, también conocida como teoría de Guest o Tresca, establece que la falla ocurre en un punto de un componente de máquina cuando el esfuerzo cortante máximo en un sistema de tensiones biaxiales alcanza el valor igual al esfuerzo cortante en el punto de cedencia en una prueba de tensión simple. Esta teoría se utiliza para miembros de máquinas dúctiles.

Teoría de la deformación principal máxima

La teoría de la deformación principal máxima, también conocida como teoría de Saint Venant, establece que la falla ocurre en un punto de un componente de máquina cuando la deformación principal máxima en un sistema de tensiones biaxiales alcanza el valor límite de deformación en una prueba de tensión simple. Esta teoría no se utiliza comúnmente y sólo se aplica en casos especiales que requieren resultados confiables.

Teoría de la energía de deformación máxima

La teoría de la energía de deformación máxima, también conocida como teoría de Haigh, establece que la falla ocurre en un punto de un componente de máquina cuando la energía de deformación por unidad de volumen en un sistema de tensiones biaxiales alcanza la energía de deformación límite por unidad de volumen en una prueba de tensión simple. Esta teoría se puede aplicar a materiales dúctiles.

Teoría de la energía de distorsión máxima

La teoría de la energía de distorsión máxima, también conocida como teoría de Hencky y Von Mises, establece que la falla ocurre en un punto de un componente de máquina cuando la energía de distorsión por unidad de volumen en un sistema de tensiones biaxiales alcanza la energía de distorsión límite por unidad de volumen en una prueba de tensión simple. Esta teoría se puede utilizar en lugar de la teoría de la energía de deformación máxima para materiales dúctiles.

Preguntas frecuentes

1. ¿En qué tipo de materiales se aplica la teoría de la tensión principal máxima?

   La teoría de la tensión principal máxima se aplica a materiales frágiles, donde la falla ocurre debido a la tensión o compresión.

2. ¿Qué tipo de materiales utiliza la teoría de la energía de deformación máxima?

   La teoría de la energía de deformación máxima se utiliza en materiales dúctiles, donde la falla se produce debido a la tensión.

3. ¿Cuál es la diferencia entre la teoría de la energía de deformación máxima y la teoría de la energía de distorsión máxima?

   La teoría de la energía de deformación máxima se basa en la energía de deformación total, mientras que la teoría de la energía de distorsión máxima se basa en la energía de deformación por corte.

Para obtener más información sobre estas teorías de falla, puede consultar las siguientes fuentes:

• Teoría de la tensión principal máxima
• Teoría del esfuerzo cortante máximo
• Teoría de la deformación principal máxima
• Teoría de la energía de deformación máxima
• Teoría de la energía de distorsión máxima