La ingeniería y la ciencia de los materiales no pueden existir sin conocer las definiciones de límite elástico y resistencia a la tracción.. Estas dos propiedades definen cómo responderán los materiales al estrés y la carga.. El límite elástico es el punto donde un material puede deformarse.. La resistencia a la tracción es la carga máxima que podemos aplicar a un material antes de que se rompa.. Entonces, este artículo da detalles de las propiedades, fórmulas, comparaciones, y el significado físico de ambas propiedades. aparte de esto, Discutimos principalmente la comparación entre el límite elástico y la resistencia a la tracción..
Conceptos básicos de la curva tensión-deformación
Cohesivo estrés o tensión Es una curva que representa el cambio en el tamaño o forma de un material bajo tensión.. Entonces, cuando aumenta el estrés, Los materiales se comportan elásticamente en la etapa inicial y son capaces de recuperar su forma inicial.. Después, los límites de fluencia dan una etapa de deformación elástica, y los cambios son permanentes. Aquí el material se rompe en la curva y la resistencia máxima a la tracción.. Entonces, más allá de este punto, el material no puede soportar el estrés.
¿Qué es el límite elástico??
Es el punto de la curva tensión-deformación donde un material no recupera su forma real después de aplicar tensión.. La deformación plástica es su grado de resistencia contra la deformación permanente., una característica importante en la ingeniería estructural y mecánica. Ingenieros experimentados utilizan el límite elástico para estimar cuánta carga puede soportar un determinado material sin sufrir deformación permanente..
Fórmula de límite elástico
Podemos calcular el límite elástico. (s_y) como:
σy=Fy/Ao
Aquí
Fy = fuerza aplicada en el límite elástico,
𝐴o = área de la sección transversal original
¿Qué es la resistencia a la tracción??
También es el resistencia a la tracción (UTS)y se refiere al nivel de estrés. Aquí, Los materiales están sujetos a operaciones de estiramiento o tracción hasta su falla.. Aquí la curva tensión-deformación es donde el material ofrece su máxima resistencia a la carga aplicada.. Después de alcanzar la resistencia a la tracción, hay una región de cuello; después, el material falla y se rompe. La resistencia a la tracción es fundamental en algunas aplicaciones para determinar la competencia del material para soportar tensiones elevadas..
La fórmula de la resistencia a la tracción.:
Podemos calcular la resistencia a la tracción. (calle) como:
σt = Pies/Ao
Dónde:
𝐹𝑡 = la fuerza máxima que soporta el material,
𝐴o = es el área de la sección transversal original del material.
Comparación entre límite elástico y resistencia a la tracción
Estas son algunas de las diferencias comunes entre el límite elástico y la resistencia a la tracción.：
1. Definición y propósito
YS y UTS son inmensamente importantes en la ingeniería de materiales. Cada propiedad cumple diferentes funciones, es decir. Analizar el comportamiento del material bajo tensión.. El límite elástico define el nivel de tensión al que un material sufre una deformación permanente y recupera su forma original..
Mientras que a la tracción (resistencia a la tracción) Es la tensión más alta que puede soportar un material antes de romperse.. Sus aplicaciones de fuerzas que actúan a lo largo de una línea de acción para separar una línea similar..
2. Curva tensión-deformación y su posición.
El límite elástico se determina en la transición desde el segmento que describe solo deformación elástica a la porción posterior de la curva tensión-deformación que exhibe un cambio de forma más permanente.. La resistencia a la tracción se puede resolver mediante el valor máximo: el punto que indica la tensión de tracción máxima, que es la capacidad de un material para soportar cargas hasta el estrechamiento y la falla..
3. Aplicación en estructura de construcción
El límite elástico se aplica para garantizar que las estructuras no pierdan su forma bajo tensión.. Por ejemplo, El límite elástico afecta a los miembros que soportan carga de un edificio como columnas o a un puente como vigas de soporte.. Resistencia a la tracción, sin embargo, es lo suficientemente alto como para que los materiales no se rompan fácilmente al enfrentar fuerzas de tracción.
4. Consideraciones sobre factores de seguridad
El límite elástico se elige como límite de diseño para los factores de seguridad.. Algunos materiales que pueden cruzar este límite elástico representan una amenaza. Esta amenaza puede impugnar la integridad de la estructura y deformarla.. La resistencia a la tracción ofrece un límite máximo para el nivel de fuerza.. Porque más allá de este nivel, Se produce una fractura, lo cual es potencial en aplicaciones de alto estrés..
5. Ductilidad y fragilidad del material.
La fuerza del accesorio y también la rigidez y la imprudencia también contribuyen a estas fortalezas.. El límite elástico a menudo coincide con la ductilidad., eso es, dicho material puede soportar cargas más altas antes de que se deforme permanentemente. En general, La resistencia a la tracción tiende a ser mayor en materiales dúctiles.. Pero los materiales frágiles también podrían producir una alta resistencia a la tracción en proporción al límite elástico., podrían romperse fácilmente.
6. Aplicación en la vida real y en industrias
Además, El límite elástico es crítico para la forma del componente y no requiere deformación permanente bajo cargas habituales.. Por otro lado, La resistencia a la tracción es importante en áreas como la aeroespacial y la automotriz.. Aquí las sustancias se ven obligadas a responder al torque sin fracturarse..
7. Técnicas utilizadas en pruebas y medidas.
Incluso los procedimientos utilizados para medir cada propiedad son diferentes. El límite elástico se puede obtener aplicando tensión hasta el inicio de la deformación plástica o aplicando una tensión que lleve al material a sufrir una deformación plástica.; El rendimiento se puede determinar utilizando métodos de compensación como 0.2% para metales. Sin embargo, la resistencia a la tracción se logra aplicando tensión de forma incremental hasta que se produce la rotura o falla..
8. Efecto de la temperatura y el medio ambiente
La temperatura y otras condiciones pueden afectar ambas propiedades.. La elasticidad puede reducir el límite elástico del material.. Dado que esto define el nivel de tensión que un material puede soportar sin deformación. La resistencia a la tracción también depende de la temperatura.. Aunque la mayoría de los materiales tienden a ser más resistentes a altas temperaturas que a bajas temperaturas..
| Propiedad | Fuerza de producción | Resistencia a la tracción |
| Definición | Tensión a la que comienza la deformación permanente.. | Esfuerzo máximo antes de la fractura.. |
| Punto en la curva tensión-deformación | Transición de la deformación elástica a la plástica.. | Alcance antes de que el material se rompa. |
| Unidades | MPa o psi. | MPa o psi. |
| Rango de valores típico | 200 MPa a 2500 MPa. | 250 MPa a 3500 MPa. |
| Importancia | Indica resistencia a la deformación permanente.. | Indica carga máxima antes de la fractura.. |
| Ejemplo de aplicación | Estructuras portantes (p.ej., puentes). | Resistencia a la fuerza extrema (p.ej., cables). |
| Comportamiento material | Resistencia al cambio permanente. | Resistencia al fracaso. |
Rendimiento y resistencia a la tracción como indicadores clave de rendimiento
Tanto el rendimiento como la resistencia a la tracción son importantes para que un material analice su capacidad.. Entonces, Puede ayudar a mantener la resistencia estructural bajo tensión para que no cambie de forma ni tamaño.. La resistencia a la tracción revela la tensión máxima que un material puede soportar sin fallar, aplicable a materiales sujetos a fuerzas extremas.. En total, Dirigen las elecciones de materiales y formas para lograr seguridad y confiabilidad..
Aplicación de límite elástico y resistencia a la tracción en el mundo real y ejemplos
Los siguientes son algunos de los ejemplos en tiempo real de límite elástico versus resistencia a la tracción.：
1. Edificación e Ingeniería Civil
El alto límite elástico en estructuras como el acero y el hormigón desempeña un papel fundamental. Entonces, Puede mantener la estructura física del complejo bajo alta presión.. Algunas propiedades exhibidas por los cables utilizados en puentes colgantes incluyen; resistencia a la tracción. Evita que los cables se rompan bajo fuerzas mayores..
2. Industria automotriz y aeroespacial
En aplicaciones automotrices, El límite elástico evita la deformación durante los choques.. La resistencia a la tracción evita que la pieza se rompa.. Estos materiales aeroespaciales pueden poseer propiedades para soportar el peso de la carga voladora y condiciones severas..
3. Fabricación de Productos Industriales y Maquinaria Pesada
Las propiedades mecánicas requeridas de los engranajes y las piezas de la máquina incluyen una alta resistencia a la tracción para evitar fallas bajo cargas., mientras que es deseable un alto límite elástico para los bastidores de la máquina para evitar la deformación durante el uso..
4. Implantes y dispositivos médicos
Los materiales comunes que se utilizan en implantes médicos incluyen titanio y acero inoxidable.. Entonces, Es importante tener un alto rendimiento y resistencia a la tracción para evitar deformaciones y/o fracturas..
5. Equipo deportivo
El rendimiento y la resistencia a la tracción son importantes en el material correspondiente en equipos deportivos., es decir., bicicletas y raquetas de tenis de fibra de carbono. Deben ser necesarios múltiples ciclos de tensión/deformación sin disminuir el rendimiento o la integridad del material..
Puntos en común entre el rendimiento y la resistencia a la tracción
Los siguientes son algunos aspectos comunes del límite elástico y la resistencia a la tracción.:
- Ambos miden la resistencia del material: El límite elástico y la resistencia a la tracción se utilizan para evaluar la resistencia de un material.. Entonces, Puede soportar esfuerzos de fuerza sin fallar..
- Clave para el diseño estructural: Ambos se utilizan para evaluar qué material se adapta a las estructuras civiles.. Estas estructuras pueden ser edificios., maquinas, y vehículos; para no desgastarse fácilmente.
- Ayuda a predecir el comportamiento del material: Ambos son muy importantes para predecir el comportamiento de los materiales bajo carga.. Pueden elegir el diseño del producto para soportar ciertas condiciones de estrés..
- Importante para la selección de materiales: Ambos son cruciales a la hora de elegir los materiales correctos para diversas industrias.. Entonces, Puede garantizar que los materiales funcionen de manera efectiva y segura en diversas condiciones..
- Medido mediante pruebas de tracción: El rendimiento y la resistencia a la tracción se prueban mediante métodos de prueba de tracción., en el que se miden la tensión y la deformación para determinar los valores característicos en el diagrama tensión-deformación.
Conclusión
En conclusión, El rendimiento y la resistencia a la tracción son atributos materiales importantes que son primordiales en la ingeniería y la caracterización de materiales.. El límite elástico es la medida de la resistencia de un material a la deformación en un punto particular y la resistencia a la tracción es una medida de la tensión máxima.. Estas propiedades nos informan sobre la resistencia que un material puede soportar antes de fracturarse.. Ambos son importantes para garantizar la fiabilidad y sostenibilidad de las estructuras., productos, y sistemas. Estos sistemas pueden incluir la construcción., automotor, y las industrias aeroespaciales, etc.. Por lo tanto, los conceptos anteriores ayudan a los ingenieros a identificar los materiales adecuados para su uso según los estándares de rendimiento requeridos..
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la diferencia entre los términos límite elástico y resistencia a la tracción??
El límite elástico es una etapa en la que se produce la formación de una deformación plástica permanente.. Por otro lado, La resistencia a la tracción es la carga máxima que un material puede soportar antes de fallar..
¿Cuáles son los métodos para medir el límite elástico y el límite elástico??
Ambos se determinan mediante una prueba de tracción en la que se tira de una pequeña muestra del material.. Entonces, Puede registrar valores de tensión-deformación y obtener estas propiedades..
¿Cuál de las dos fortalezas es más útil para un ingeniero estructural??
Esto se debe a que el límite elástico es posiblemente más esencial para aplicaciones estructurales.. Se debe principalmente a su capacidad de mostrar cuando un material se ha deformado plásticamente., que puede causar fallas en la estructura.
