Conceptos Clave en Mecánica de Sólidos

Definiciones Fundamentales

Sólido

Cuerpo que se caracteriza por manifestar una estructura definida y al mismo tiempo presentar resistencia para un cambio total o parcial en su forma y volumen.

Sólido Rígido

Es aquel objeto o estructura que, ante cualquier agente externo al cual se encuentre sometido, la distancia intermolecular de su estructura cristalina permanece siempre invariable.

Sólido Elástico

Es aquel objeto el cual, si se encuentra sometido o perturbado según un agente externo, genera una deformación de este; sin embargo, después de eliminar la carga sobre él, nuevamente retoma su forma primitiva y sus propiedades mecánicas permanecen inalteradas.

Sólido Real

Es aquel objeto que, cuando se le aplica un agente externo, la consecuencia principal sobre este es una deformación; sin embargo, dicho objeto carece de gran isotropía, homogeneidad y continuidad.

Tenacidad

Es la capacidad de almacenar energía hasta que se manifiesta la ruptura o fractura.

Resiliencia

Es la capacidad de generar energía sin generar la deformación permanente.

Tipos de Carga

Son dinámica y estática.

La estática se aplica libremente desde un valor nulo a un valor máximo y posteriormente se obtiene de la aplicación de la carga.

Su consecuencia es no generar efectos vibratorios o dinámicos en la estructura. En el caso de carga dinámica, se aplican y se suprimen de modo repentino (cargas de impacto), los cuales se prolongan en el tiempo y varían continuamente de intensidad (cargas variables).

Criterios de Carga de Impacto

La interacción de dos cuerpos implicará que en el contacto quedarán adheridos (el cuerpo principal y el cuerpo externo).

Transformación total de energía cinética es llevada a energía de deformación; el resto de energía es despreciable.

Se desprecia el cambio de energía potencial gravitatoria del cuerpo principal, y a su vez, la energía de deformación respecto al peso del cuerpo.

El cuerpo principal permanece siempre en un intervalo elástico real.

Concentración de Esfuerzos

Estos tienen su origen en la discontinuidad geométrica que poseen los cuerpos, principalmente en los puntos de carga, generando grandes esfuerzos en regiones muy pequeñas de los cuerpos, los cuales se pueden cuantificar por métodos experimentales y numéricos.

Pero una concentración de esfuerzos aplicando en una cierta barra rectangular.

Torsión

Se refiere al torcimiento de una barra geométricamente recta al ser cargadas por momentos (pares de torsión) que tienden a producir una rotación alrededor del eje longitudinal de la barra.

Torsión Uniforme

Idealmente, para un cuerpo prismático, la torsión uniforme aplicada a secciones transversales idénticas y que al mismo tiempo poseen un mismo par interno, se refiere a torsión pura. En ella, los pares se aplican solamente a los extremos, en donde todas las secciones o sus segmentos permanecen de carácter recto. Complementariamente, si el ángulo de rotación entre un extremo de la barra y el otro es pequeño, se puede establecer por dimensionalidad geométrica que no hay cambio ni en la longitud ni en el radio de la barra.

Torsión no Uniforme

Se aplica a una barra no necesariamente prismática en su totalidad y actúa en cualquier parte a lo largo del eje de la barra. Finalmente, la adición de los resultados se puede determinar por sumas en el caso discreto.

Energía y Densidad de Deformación

Al considerar desplazamientos longitudinales según el tipo de carga aplicada, siempre se desarrollará trabajo mecánico sobre los cuerpos prismáticos, el cual es equivalente al trabajo interno o la energía de deformación absorbida por una barra durante el proceso de carga que, para un caso general desde un punto de vista mecánico, es igual a la integral de la carga por el elemento diferencial del desplazamiento.