Resiliencia (ingeniería)

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Péndulo de Charpy.

En ingeniería, se llama resiliencia de un material a la energía de deformación (por unidad de volumen) que puede ser recuperada de un cuerpo deformado cuando cesa el esfuerzo que causa la deformación. La resiliencia es igual al trabajo externo realizado para deformar un material hasta su límite elástico:

U_r = \int_0^{\varepsilon_y} \sigma(\varepsilon)\ d\varepsilon

Para una probeta de material elástico lineal sometida a tensión axial uniforme:[1]

U_r = \frac{W}{V} = \frac{1}{2V} (A\sigma_e) \frac{\sigma_e L}{E} = \frac{1}{2}\frac{\sigma^2_e}{E}

donde:

A, L, V = AL\, son el área transversal, la longitud y el volumen respectivamente de la probeta.
\sigma_e\, la tensión de límite elástico.
E\, el módulo de elasticidad del material.

En términos simples es la capacidad de memoria de un material para recuperarse de una deformación, producto de un esfuerzo externo. El ensayo de resiliencia se realiza mediante el Péndulo de Charpy, también llamado prueba Charpy.

Relación entre resiliencia y tenacidad[editar]

Relación entre el esfuerzo y la deformación. La resiliencia es el área bajo la curva en la zona verde.

Se diferencia de la tenacidad en que ésta cuantifica la cantidad de energía almacenada por el material antes de romperse, mientas que la resiliencia tan sólo da cuenta de la energía almacenada durante la deformación elástica. La relación entre resiliencia y tenacidad es generalmente monótona creciente, es decir, cuando un material presenta mayor resiliencia que otro, generalmente presenta mayor tenacidad. Sin embargo, dicha relación no es lineal.

La tenacidad corresponde al área bajo la curva de un ensayo de tracción entre la deformación nula y la deformación correspondiente al límite de rotura (resistencia última a la tracción).

La resiliencia es la capacidad de almacenar energía en el periodo elástico, y corresponde al área bajo la curva del ensayo de tracción entre la deformación nula y el límite de fluencia.

Medición de la resiliencia de un material[editar]

La cuantificación de la resiliencia de un material se determina mediante ensayo por el método Izod o el péndulo de Charpy, resultando un valor indicativo de la fragilidad o la resistencia a los choques del material ensayado. Un elevado grado de resiliencia es característico de los aceros austeníticos, aceros con alto contenido de austenita. En aceros al carbono, los aceros suaves (con menor contenido porcentual de carbono), tienen una mayor resiliencia que los aceros duros.

Para un material elástico lineal, la resiliencia puede ser calculada por medio de la ecuación:

U_r = \frac{1}{2}\sigma_y\epsilon

Donde \sigma_y es la tensión de fluencia o límite elástico y \epsilon es la deformación correspondiente a dicho límite elástico. O en términos de la energía absorbida en el impacto y la sección de rotura o final como:

U_r = \frac{E_a}{S_r}

Donde E_a representa la energía absorbida en el impacto, que resulta ser la misma que la energía potencial que pierde el péndulo, en un ensayo con el péndulo de Charpy, y que puede ser calculada, por tanto, conociendo la diferencia entre la altura inicial de caída del péndulo y la altura que alcanza el péndulo posteriormente al impacto.

Unidades[editar]

En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en julios por metro cúbico (J/m3).

Entre los materiales conocidos más resilentes se encuentra la seda de araña (4.500 kJ/m3), el tendón (2.800) o el cuerno de mamíferos (1.800). El acero en cables presenta un resiliencia elevada (900 kJ/m3). La madera tiene resiliencias distintas según el signo de la tensión y su orientación respecto a la dirección de las fibras, y los valores de su tenacidad pueden ser muy superiores en algunos casos.

Referencias[editar]

  1. F. E. Fisher, 2006, p. 499.

Bibliografía[editar]

Enlaces externos[editar]