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Inicio/Ingeniería/Diagrama esfuerzo-deformación y ley de Hooke

Diagrama esfuerzo-deformación y ley de Hooke

Curva cualitativa σ–ε: tramo elástico de Hooke, fluencia, endurecimiento, estricción y rotura. Se imponen la deformación y los parámetros E, σ_y, σ_u.

Tracción

200 GPa
260 MPa
420 MPa
0.012
0.14
0.2
0.04
ε_y = σ_y/E0.130 %
σ en ε293.7 MPa
Tramoendurecimiento

Sobre el modelo

El diagrama de esfuerzo y deformación de ingeniería (σ–ε) de un metal dúctil empieza con la ley de Hooke σ = Eε hasta el límite de fluencia. Luego puede haber una meseta de fluencia, un endurecimiento lineal hasta la resistencia última σ_u y una caída del esfuerzo de ingeniería al formarse la estricción, hasta la rotura. Se cambian la deformación impuesta ε y los parámetros E, σ_y, σ_u, la longitud de la meseta y las deformaciones ε_u, ε_f. Es una curva didáctica cualitativa, no la calibración de un acero concreto: los números ilustran, sin dependencia de la temperatura ni de la velocidad de deformación.

Para quién: Resistencia de materiales: ley de Hooke, fluencia, resistencia última, ductilidad.

Conceptos clave

  • ley de Hooke
  • módulo de Young
  • límite de fluencia
  • resistencia última
  • estricción
  • deformación de rotura

Cómo funciona

Diagrama σ–ε: tramo lineal σ = Eε hasta la fluencia, luego plasticidad y bajada del esfuerzo de ingeniería en la estricción. El control impone ε; la curva es cualitativa, no la calibración de un acero concreto.

Fórmulas principales

Elástico: σ = Eε, ε_y = σ_y/E

Luego: meseta de fluencia → endurecimiento hasta σ_u → estricción → σ → 0 en ε_f

Preguntas frecuentes

¿Por qué en el tramo lineal σ = Eε?
En el régimen elástico el alargamiento relativo es chico y, en muchos metales, vale la ley de Hooke: el esfuerzo es proporcional a la deformación y el coeficiente es el módulo de Young E. La pendiente de la recta en el diagrama es precisamente E.
¿Por qué el esfuerzo baja después de la resistencia última?
En la gráfica el esfuerzo es de ingeniería: fuerza dividida entre el área inicial. En la estricción la sección verdadera mengua más rápido que la fuerza, así que el σ de ingeniería suele bajar aunque el esfuerzo verdadero aún pueda crecer.
¿En qué se diferencia el esfuerzo de ingeniería del verdadero?
El de ingeniería se calcula con el área inicial de la probeta; el verdadero, con el área actual. Hasta la estricción están cerca; después del estrechamiento se separan, y el diagrama de aula muestra justo la curva de ingeniería.