Qué es la curva de tensión-deformación: gráfica y tipos

Cuando se fabrica un componente, la pieza de trabajo está sometida a distintas fuerzas, como la tensión y la deformación. Estos dos términos tienen un significado profundo que nos ayuda a determinar su importancia.

Si usted también desea comprender todo sobre las curvas de tensión-deformación, la guía que aparece a continuación lo abarca todo. Así que, sigamos leyendo.

¿Qué es la tensión?

La tensión es un tipo de fuerza que se aplica al material. También describe los distintos tipos de reacciones que un material puede presentar cuando está sometido a una fuerza. Existen dos tipos de tensión, que se explican a continuación.

Tensión de tracción

La tensión de tracción se aplica a los materiales cuando se alargan y se estiran en longitud. Un ejemplo es estirar una barra para aumentar su longitud. Durante la tensión de tracción, el material se tira desde ambos lados.

Tensión de compresión

La tensión de compresión se aplica a los materiales cuando se comprimen y, al ser apretados, su tamaño se reduce. La fuerza se aplica desde ambos lados por igual.

¿Qué es la deformación?

La deformación se refiere al cambio que se produce en la pieza de trabajo cuando está sometida a una fuerza. El cambio en la forma y las dimensiones de los materiales se debe a la fuerza aplicada en la deformación. Existen dos tipos de deformación.

Deformación por tracción

En la deformación por tracción, el material se alarga debido a la presión aplicada, lo que provoca una deformación.

Deformación por compresión

La deformación por compresión se aplica al material, lo que hace que se deforme de manera compresiva, con un tamaño reducido.

¿Qué es una curva de tensión-deformación?

La curva de tensión-deformación es una gráfica que muestra el cambio de la tensión cuando aumenta la deformación.

Se utiliza de forma muy amplia en la fabricación para comprender la naturaleza de los materiales. Ayuda a determinar el comportamiento del material, que es dúctil en función de la tensión.

Las curvas de tensión y deformación están pensadas para materiales que son frágiles y duros, pero que deberían ser dúctiles. A continuación se muestra una curva de tensión-deformación.

¿Por qué es importante la curva de tensión-deformación?

La curva de tensión-deformación es importante porque proporciona a los ingenieros los parámetros esenciales que se requieren para el diseño. Esta gráfica presenta diversas propiedades mecánicas, como el punto de fluencia, la tenacidad, la elasticidad y el alargamiento.

Explicación de la gráfica de tensión-deformación

La gráfica de tensión-deformación tiene múltiples elementos, cada uno con su importancia. A continuación encontrará un análisis detallado de cada uno de estos elementos.

Límite de proporcionalidad

El límite de proporcionalidad es el punto final de la parte lineal de la curva; es el módulo de Young, que puede obtenerse calculando la pendiente.

Límite elástico

Representa el punto de deformación elástica.

Punto de fluencia

El punto de fluencia también es un límite elástico, pero puede calcularse.

Punto de tensión máxima

Es la cantidad máxima de tensión en la curva, tras la cual comenzará la estricción. Es muy importante asegurarse de que se encuentra en el punto máximo de la curva, tras el cual el material puede romperse.

Punto de fractura o de rotura

El punto de rotura es aquel punto de la curva en el que se observa la deformación del material y en el que este se fractura o se rompe.

Ley de Hooke

La ley de Hooke explica el concepto de elasticidad y cómo la fuerza puede comprimir o extender el objeto. Considera la elasticidad en una distancia determinada, que es proporcional a la fuerza. Cuanto mayor es la fuerza, mayor es la distancia. La fórmula de la ley de Hooke se indica a continuación.

La ley de Hooke establece que, en la mayoría de los metales, cuanto mayor es la fuerza interna, mayores son los cambios en la longitud. Esto significa que la tensión y la deformación son directamente proporcionales. Los metales tienen elasticidad solo hasta cierto punto.

¿Cómo leer la gráfica?

La curva de tensión-deformación puede leerse de la manera que se sugiere a continuación.

• Seleccione el valor de tensión en el eje y.
• Trace una línea horizontal frente al eje y para que se cruce con la línea de la curva y marque ese punto.
• Trace una línea vertical desde el punto de intersección hasta el eje x; estas líneas formarán un ángulo recto.
• El valor obtenido en el primer paso del análisis de tensiones muestra que la tensión responde a la deformación del material en el punto dado.

Tipos de tensión y deformación

A continuación se explican los dos tipos de tensión y deformación.

Tensión y deformación ingenieriles frente a reales

La tensión y la deformación ingenieriles permiten obtener valores equivalentes mediante el ensayo de tracción estándar para hacerse una idea del comportamiento del material. Este tipo también se denomina tensión y deformación nominales. La fórmula de la tensión y la deformación ingenieriles es la siguiente:

La tensión y la deformación reales son la tensión y la deformación verdaderas. Ayudan a comprender las propiedades del material y, para calcularlas, necesitará la carga aplicada, la longitud calibrada y el área de la sección transversal. Pueden utilizarse las siguientes fórmulas para calcular la tensión y la deformación reales.

Curvas de tensión frente a deformación para distintos materiales

La curva de tensión frente a deformación ofrece una visión del comportamiento de los materiales cuando se les aplica una fuerza. Pone de relieve múltiples propiedades del material, como los puntos de fractura, la elasticidad y el límite elástico.

Los metales como el acero presentan una región elástica lineal y son dúctiles. Los polímeros, en cambio, tienen una elasticidad no lineal que consiste en una gran deformación sin un punto de fluencia específico.

En el caso del vidrio y la cerámica, son frágiles y presentan una curva similar a la del acero con fractura súbita. Estas curvas están pensadas para ayudar a los ingenieros a seleccionar el material en función de la tensión que puede soportar.

Conclusión

La curva de tensión-deformación desempeña un papel fundamental a la hora de analizar materiales para la fabricación de componentes. En DEK analizamos la curva de tensión-deformación antes de fabricar los componentes, de modo que podamos ofrecerle los materiales adecuados.