Concentración de estrés
A la concentración de tensión (también llamado un elevador de esfuerzo o un elevador de tensión ) es una ubicación en un objeto en el que el estrés es significativamente mayor que la región circundante. Las concentraciones de tensiones se producen cuando existen irregularidades en la geometría o el material de un componente estructural que provocan una interrupción del flujo de tensiones. Esto surge de detalles tales como agujeros , ranuras , muescas y filetes . Las concentraciones de estrés también pueden ocurrir por daños accidentales como mellas y rayones.
El grado de concentración de una discontinuidad bajo cargas de tracción típicas se puede expresar como un factor de concentración de tensión adimensional , que es la relación entre la tensión más alta y la tensión nominal del campo lejano. Para un agujero circular en una placa de infinito, . [1] El factor de concentración de tensiones no debe confundirse con el factor de intensidad de tensiones , que se utiliza para definir el efecto de una fisura sobre las tensiones en la región alrededor de la punta de una fisura. [2]
En el caso de los materiales dúctiles, las cargas grandes pueden provocar deformaciones plásticas localizadas o fluencia que, por lo general, se producirán primero en una concentración de tensión que permita una redistribución de la tensión y permita que el componente continúe soportando la carga. Los materiales frágiles normalmente fallarán en la concentración de tensión. Sin embargo, la carga repetida de bajo nivel puede provocar que se inicie una grieta por fatiga y que crezca lentamente a una concentración de tensión que conduzca a la falla incluso de materiales dúctiles. Las grietas por fatiga siempre comienzan en los que aumentan la tensión, por lo que la eliminación de dichos defectos aumenta la resistencia a la fatiga .
Las concentraciones de tensiones se producen cuando existen irregularidades en la geometría o el material de un componente estructural que provocan una interrupción del flujo de tensiones.
Las discontinuidades geométricas hacen que un objeto experimente un aumento localizado de tensión. Ejemplos de formas que causan concentraciones de tensión son esquinas internas afiladas, agujeros y cambios repentinos en el área de la sección transversal del objeto, así como daños no intencionales como mellas, rayones y grietas. Las tensiones locales elevadas pueden hacer que los objetos fallen más rápidamente, por lo que los ingenieros suelen diseñar la geometría para minimizar las concentraciones de tensiones.
Las discontinuidades de los materiales, como las inclusiones en metales, también pueden concentrar la tensión. Las inclusiones en la superficie de un componente pueden romperse debido al mecanizado durante la fabricación, lo que da lugar a microgrietas que crecen en servicio debido a cargas cíclicas. Internamente, la falla de las interfaces alrededor de las inclusiones durante la carga puede provocar una falla estática por coalescencia de microhuecos .
