Revista de Ciencias Tecnológicas (RECIT). Volumen 2 (4): 166-180.
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ISSN: 2594-1925
1. Introducción
Es sabido que los esfuerzos en un elemento
estructural dependen de las cargas aplicadas
durante la operación del elemento estructural,
entonces, los esfuerzos normales
pueden analizarse como esfuerzos variantes [1].
Además, es importante el análisis de la
resistencia del material para la selección final de
un elemento estructural, por lo que esta
resistencia se someterá a esfuerzos variantes. En
consecuencia, si un fenómeno aleatorio puede ser
modelado por una distribución, para el análisis de
fatiga de un elemento estructural es necesario
tener en cuenta una función de esfuerzos f(s) y
una función de la resistencia del material f(S) [2].
Así, la función de esfuerzos f(s) define todo el
espectro de posibilidades de ocurrencias de
esfuerzos que pueden ser analizados mediante
una distribución [2]. Entonces, un análisis de
esfuerzos principales
determina el
rango de posibilidades donde se define un
esfuerzo medio
[3]. Por lo tanto, el problema
en la determinación de los esfuerzos normales a
la sección transversal en un diferencial de
volumen dv específico, es que las metodologías
de mecánica de materiales actuales tienen una
deficiencia en la determinación de la matriz de
tensor de tensiones necesaria para la
determinación de los esfuerzos principales.
Mientras tanto, debido a que el modo de falla de
elemento estructural se basa en la teoría del lado
más débil, en donde se genera la máxima
concentración de esfuerzos en un diferencial de
volumen dv, entonces es necesario un análisis
esfuerzo-resistencia para diseñar un elemento
seguro [4]. Precisamente, la aplicación de cargas
variables sobre un elemento estructural afecta la
resistencia del material, debido a que con el paso
del tiempo el material tiende a perder capacidad
de resistir, en donde la influencia de los esfuerzos
sobre la resistencia cada vez será mayor. En
consecuencia, el análisis de fatiga de un elemento
estructural depende de un análisis estadístico del
comportamiento de los esfuerzos y la manera en
que estos influyen sobre la resistencia del
material [3]. Del mismo modo, dado que es
determinante que el diseño de un componente
estructural presente vida infinita, una curva de
Wöhler también llamada curva S-N, nos da un
análisis de la relación entre la resistencia contra
los ciclos de vida de un material basado en los
esfuerzos normales determinados directamente
de las cargas aplicadas del componente
estructural [3, 5]. Además, la validación del
material basado en una teoría de fallas de
materiales dúctiles permite un diseño óptimo de
un elemento estructural.
Con el objetivo de desarrollar un análisis de
esfuerzos normales
, esta
investigación está ampliamente basada en las
metodólogas de Timoshenko-Gere [6, 7], donde
es importante resaltar que no se determina el
esfuerzo normal
. Por otro lado, Cervera
(2002) hace un amplio análisis del
comportamiento de los momentos internos de un
elemento estructural, donde en base a la flexión
pura desviada logra relacionar los momentos en
los planos y para una mejor determinación
del esfuerzo normal
, aun así, no es suficiente
la metodología para la determinación del
esfuerzo normal
. De la misma manera,
Ugural-Da Silva [9, 10] hacen una aproximación
de este esfuerzo normal
basados en la
metodología de Timoshenko (1957).
Mientras tanto, en la literatura revisada acerca de
la mecánica de materiales y diseño estructural se
observó que los temas que se abordan sobre
esfuerzo normal
no son suficientes para su
determinación, las metodologías coinciden que
este esfuerzo no influye sobre los esfuerzos
principales desarrollados en el elemento
estructural. Por un lado, He (2015), Liang
(2017), Guo (2015) y Ma (2017) realizan análisis
de deformación de elementos estructurales y
determinan los esfuerzos normales en base a la
teoría de la deformación, donde se incluyen
modelos propuestos de análisis de fatiga. Sin