Fuerza versus rigidez: ¿cuál es la diferencia?

Fuerza versus rigidez dicta que el ingeniero de diseño califique el diseño de materiales, el diseño estructural, el diseño funcional y el diseño dinámico con la aplicación de las condiciones de diseño, el entorno, la función y la operación, para que el trabajo pueda realizar su trabajo a su debido tiempo durante su vida útil. Pero para seleccionar el material adecuado es muy importante seleccionar los parámetros óptimos con respecto al costo y el rendimiento funcional, porque no se puede utilizar un trabajo con un costo tan elevado.

¿Qué es la rigidez?

Es propiedad del material resistir la deformación al aplicar fuerza y ​​permanecer en la región del lado inferior del límite elástico, de modo que una deformación mínima también puede volver a su forma original sin cambiar las dimensiones del material original. La resistencia del material también es una medida de la misma propiedad porque también puede indicarle al diseñador que este material tiene un módulo joven alto o rigidez con una curva recta de la curva tensión-deformación. Por lo tanto, debe verificar por varios medios qué método es importante para sus requisitos de diseño, de modo que el mismo método pueda tener resultados para el diseño.

Para obtener más información, visite los siguientes enlaces de YouTube:

Unidades de rigidez

Las unidades de rigidez son N/m o fuerza por unidad de dimensión lineal cuando se subestima el factor externo de tensión o compresión, el valor numérico proviene de la pantalla de la máquina de prueba y las dimensiones unitarias de la ecuación teórica. Por lo tanto, solo debe encontrar el resultado del cálculo de la rigidez, ya sea a partir de la rigidez de la prueba de tensión o calculando la rigidez de torsión, porque solo el valor numérico de la salida de la máquina es el resultado básico de esta prueba.

Ecuación de rigidez

La rigidez frente a la resistencia también tiene relación con la búsqueda de formas de valor numérico porque su fenómeno de fondo es totalmente diferente entre sí, por lo que el resultado de probar la máquina y la ecuación también tiene diferencias entre ellos.

La ecuación de rigidez es

F= Kx F = Fuerza K= Rigidez constante X= Deformación La rigidez se convierte en su propiedad intrínseca cuando se completa la fabricación del material porque ahora el valor de rigidez es constante durante la vida útil restante.

material rígido

La rigidez del material da una idea de cómo se comportará este material cada vez que se aplique una fuerza o una carga de inercia externa sobre él. Los materiales de alto módulo joven, por ejemplo, acero de alta resistencia, diamante, acero de superficie con alto contenido de carbono, etc., tienen un alto valor de rigidez debido a su resistencia a la tracción y a la indentación. Por tanto, es obvio que la dureza, la resistencia y la menor deformación son el resultado de los mismos materiales en el campo debido a su integridad estructural.

Rigidez del material

Esta propiedad informa sobre el comportamiento de carga del material y cada vez que una fuerza actúa sobre él, entonces cómo puede sostener esa tensión y deformarse para crear un equilibrio en el comportamiento para mostrar dureza y tenacidad. Su resistencia a la tracción es la principal indicación de esta propiedad porque indica cómo se deformará con la fuerza de trabajo. La resistencia a la compresión también tiene relación con ella porque puede dar el mismo comportamiento que la resistencia a la tracción para una deformación baja frente a una fuerza alta en el lado de compresión.

¿Qué es la rigidez en ingeniería?

Es una propiedad muy importante para el diseñador comprender qué material soportará la cantidad nominal de fuerza de deformación grande porque el comportamiento de deformación grande no es necesario para ningún diseñador de estructuras en equipos de clase de seguridad. El comportamiento de tenacidad tiene un aspecto muy importante con esta propiedad porque si el material tiene un valor de tenacidad alto, entonces su rigidez irá hacia el lado inferior.

¿Qué es la fuerza?

Siempre que el gráfico de tensión-deformación de los materiales tiene resultados en la máquina de prueba, hay un punto en el que la resistencia del material o la resistencia a la tracción tienen valor. Este valor tiene relación con la resistencia a la flexión, el rendimiento de amortiguación y la integridad estructural del material porque todos tienen una relación directa entre sí de forma indirecta. De otra manera, el informe de resistencia a la tracción sólo puede dar una idea sobre la resistencia del material, la rigidez del material y la resistencia a la flexión.

Unidades de fuerza

Tiene su medida en Pascal o N/m2 porque es la respuesta del material ante la aplicación de fuerza, por lo que el resultado es resistencia a la tracción, resistencia a la compresión o cualquier otra forma del mismo parámetro. El acero de alta resistencia y baja aleación puede tener una resistencia de alrededor de 1200 MPa debido a su adición de aleación, tratamiento térmico, estructura martensítica y contenido de carbono. Por lo tanto, los valores altos de Pascal tienen una forma muy común de Mega Pascal debido al gran valor numérico porque si hay siete o diez dígitos de resistencia en cada material, entonces es difícil escribirlos en forma de informe.

Diferencia entre fuerza y ​​rigidez

La resistencia frente a la rigidez tiene muchos aspectos que describir en la selección de materiales de ingeniería porque la mayoría de los materiales tienen estas dos propiedades en su simulación de diseño y criterios de aceptación debido a la tenacidad, la resistencia del material, la ventaja mecánica, la dureza, la tenacidad y el cálculo de la rigidez. La Tabla No.1 tiene una descripción de Fuerza versus Rigidez en muchos aspectos.

Resistencia Rigidez Es la resistencia contra la fuerza para la rotura definitiva del material. Es resistencia por rigidez de materiales. Es el comportamiento del material sin rotura del mismo. Es el comportamiento del material sin tener deformación en el mismo. Se relaciona con fallas físicas en el diseño. Se relaciona con fallas funcionales en el diseño. Puede ser elástico y quebradizo. Es sólo para elástico. Cuadro.No.1. Fuerza vs Rigidez.

Gráfico de fuerza vs rigidez

Tensión-Deformación es una representación gráfica del gráfico Resistencia versus Rigidez, porque muestra cómo se rompe el material con una tensión alta o cuál es su valor de rigidez según la pendiente del mismo gráfico. La Figura No.1 muestra el comportamiento de la pendiente de Resistencia versus Rigidez y la resistencia máxima a la tracción.

Figura.No.1. Gráfico tensión-deformación.

Comportamiento bajo carga

La Figura No.1 muestra que cada vez que la fuerza actúa sobre el trabajo, recibe deformación plástica, lo que es un cambio en el comportamiento del material, por lo que el comportamiento del material tiene relación con el gráfico tensión-deformación. Hasta el punto de fluencia no se produce ningún cambio permanente en el material porque sus átomos simplemente desaparecen sin deslizarse. Pero después de ceder, se deslizan por dislocación, por lo que se puede decir que se romperán en el punto de tensión final.

Papel en la selección de materiales

La resistencia frente a la rigidez es un factor muy importante en la selección del material porque la composición del material, el rendimiento de amortiguación, la eficiencia energética, la ventaja mecánica, el cálculo de la rigidez torsional y la resistencia son factores importantes. El material de alta resistencia es necesario para una estructura que tenga un alto valor de tensión, pero si los criterios de aceptación también tienen relación con la deformación, entonces es otro aspecto a considerar. Por lo tanto, la rigidez juega un papel importante en este caso porque es la propiedad en el proceso de selección de materiales que puede controlar la deformación del material/estructura en la aplicación sin provocar fallas catastróficas en el campo.

La Figura No.2 muestra la tabla de selección de materiales.

Ejemplo de aplicación de resistencia

Esta propiedad le indica al diseñador que evalúe el material en diferentes formas de resistencia a la flexión, resistencia a la torsión, límite elástico y resistencia a la tracción última porque en cada modo de falla la resistencia tiene su importancia. Por lo general, si selecciona el material de la estructura, podrá resistir el modo de falla con buena resistencia. Al igual que ASTM A 36, es acero estructural y tiene una resistencia a la tracción de 250 MPa y 485 MPa a la tracción máxima.

La Tabla No.2 muestra la resistencia de diferentes materiales.

Ejemplo de aplicación de rigidez

Se relaciona con los criterios de deformación en la selección de materiales del diseñador, ya que el hierro fundido muestra menos deformación en la aplicación de carga, es por eso que todos los marcos de base de mecanizado CNC son de hierro fundido para reducir la vibración y la deformación en el proceso de mecanizado. Lo mismo ocurre con los puentes grúa en los talleres porque allí también la deformación va en contra de la característica de seguridad sin tener en cuenta la aceptación de la resistencia o la falla porque el estampado en el puente de la grúa no es algo seguro para el usuario.

Técnicas de medición

La medición de la resistencia tiene diferentes formas, pero la más famosa es el límite elástico para el proceso de diseño porque este punto le indica que debe evitar cuántas tensiones en la estructura deben permanecer en el rango elástico. Es por eso que todos los criterios de aceptación utilizan una ecuación de límite elástico indiferente para que el material no tenga una deformación plástica permanente en la aplicación para evitar su endurecimiento por deformación. Para el módulo de rigidez joven es la indicación o pendiente del rango elástico del gráfico tensión-deformación. También puede indicarle cómo encontrar el comportamiento correcto del material siempre que esté bajo aplicación de fuerza o carga.

Fuerza: Dureza de la prueba de tracción

El área bajo el gráfico tensión-deformación indica la propiedad de tenacidad del material porque en toda su región el comportamiento del material es absorber la carga externa sin sufrir una rotura final. Por lo tanto, en forma real, la energía es mostrar la capacidad de absorción del material sin falla final y la misma representación es el objetivo en el procedimiento de prueba de impacto Charpy. Pruebas de compresión:

Como diseñador, puede pensar en cómo se comporta su material en diferentes modos de aplicación porque la tensión y la compresión son fenómenos dominantes en el modo de aplicación de ingeniería. Digamos que la compresión siempre está presente incluso si tiene diseño para el caso de tensión, por ejemplo, el pistón del motor en movimiento no tiene tensión en todos los casos porque la compresión también está presente en la mitad de sus ciclos. Por lo tanto, la prueba de compresión también es un requisito importante para encontrar la resistencia del material incluso en trabajos en modo de tensión.

Pruebas de corte:

Esto le indica cómo se cortará el material en sus planos de corte sin entrar en modo de tensión o compresión porque es aproximadamente perpendicular a ese modo. Digamos que la tijera corta el material aplicando menos fuerza en comparación con el modo de tensión y compresión, se puede decir que es aproximadamente 0.4 veces la tensión o compresión. La Figura No.3 muestra la muestra más fina.

Figura.No.3. Prueba de corte.

Rigidez: análisis tensión-deformación

Este análisis puede dar la pendiente de su gráfico para indicar cuánta pendiente hay en él, porque esta pendiente hace su explicación para decirle que tanta deformación está presente en la estructura con tanta fuerza.

Medición del módulo

Es la medición de la pendiente del gráfico de tensión versus deformación para encontrar el valor en forma de módulo de Young o módulo elástico, indica cuánta deformación es el resultado del comportamiento de la tensión del material. Este valor es muy importante para su análisis de diseño porque todos los demás factores ya están presentes en él, como Ansys acepta la medición del módulo y la relación de posición para describir todo el material en forma de carga estática.

Resistencia y rigidez del proceso de diseño de piezas: 7 factores clave

La resistencia frente a la rigidez es una herramienta muy importante del diseñador para cualquier proceso de selección de materiales porque el comportamiento de la estructura durante toda su vida útil proviene del proceso de selección del material. Por lo tanto, si está realizando una simulación de cualquier material, encuentre el valor del módulo joven y el límite elástico del material para establecer la relación entre resistencia y rigidez en el diseño mediante un proceso de análisis.

Para obtener una cotización del diseño de resistencia versus rigidez, la impresión 3D del modelo a escala reducida y la validación de resultados, haga clic en este enlace.

Definir requisitos

El proceso de diseño siempre considera la carga o la acción de la fuerza sobre el material y la combinación de carga de Fuerza + condición sísmica, Fuerza + condición de carga de viento y Fuerza + condición de corrosión para encontrar el escenario de las condiciones de operación en tiempo real.

Diseño conceptual

La forma, el tamaño del trabajo y su disposición de ensamblaje también pueden tener efecto al combinar factores para decidir el comportamiento de la resistencia frente a la rigidez en la estructura y encontrar el material correcto en la disposición de la metodología de diseño óptima. Por ejemplo, en el marco de paneles solares, la disposición de eficiencia energética de los miembros es el aspecto importante a cubrir en el diseño conceptual, en lugar del factor de resistencia versus rigidez.

Para obtener una guía de selección de materiales y su cotización, haga clic en este enlace.

Pruebas de materiales

La máquina UTM puede realizar pruebas para encontrar el comportamiento de resistencia versus rigidez del material y generar resultados en forma de resistencia a la tracción, límite elástico,% de alargamiento, módulo de elasticidad, densidad y resistencia a la fatiga con el factor de comportamiento de fluencia. Por lo tanto, el factor de diseño de resistencia versus rigidez puede tomar decisiones sobre estos factores y la aplicación final del material sin hacer referencia a cuadros y tablas teóricas.

Diseño iterativo

Es un concepto de diseño de resistencia versus rigidez mediante el cambio continuo de material a partir de los comentarios de los clientes/usuarios, por ejemplo, si el material ASTM A 36 es la elección del diseñador pero las personas se quejan de una gran deformación durante la operación, entonces el diseñador debería pensar en cambiar la alta rigidez. material en la siguiente variante del producto. 5.Creación de prototipos y pruebas:
La validación física del producto también es necesaria para verificar los criterios de resistencia versus rigidez del producto porque el análisis en el proceso de diseño no puede predecir el comportamiento real del producto en el campo en tiempo real.

Validación de simulación

Aunque la decisión entre resistencia y rigidez no proviene únicamente del resultado de la validación de la simulación, existe el proceso de soporte de prueba y verificación del prototipo para la validación de los parámetros resultantes.

Innovación continua

Los comentarios de la validación de simulación, el diseño iterativo y las pruebas de prototipos hacen que se combinen esfuerzos para desarrollar la variante avanzada de cualquier estructura o producto para que el producto final pueda mantener las condiciones operativas de manera útil.

Por qué elegir Tuofa para el servicio de diseño y fabricación de piezas

Cuando decide desarrollar un nuevo producto o piezas personalizadas para un modelo existente, se requieren muchos factores para el desarrollo de la metodología de diseño, el proceso de producción, la secuencia de pruebas y los criterios de calificación, ya que el desarrollo de un nuevo producto es un proceso multifásico. Por lo tanto, un equipo o una organización experta desempeña un papel fundamental en todo este proceso. Tuofa China (con certificación ISO 9001) cuenta con un equipo experimentado de diseñadores e ingenieros de producción para comunicar claramente nuestras necesidades y plasmarlas en productos de ingeniería que cumplan con los criterios de resistencia y rigidez. Para obtener más información, visite el sitio web de Tuofa China.

Preguntas frecuentes sobre resistencia y rigidez

¿Cuál es el valor óptimo de rigidez en el diseño de un puente grúa?

Su rigidez óptima debe ser de tal valor que bajo la condición de carga completa no se deforme al valor visible a simple vista. Porque si hay alguna deformación visible en él, se creará pánico en las personas o el personal que trabaja en el nivel del piso y lo utiliza para transportar carga de un lugar a otro.

¿Cómo validar el diseño?

Utilice los métodos de prueba de porotipo y luego compare los resultados con el análisis de simulación con las mismas condiciones operativas, material, fuerzas de carga y parámetros resultantes, lo que le brinda la validación de su diseño y dibujo conceptual para la producción en masa.

¿Siempre se necesita material de alta resistencia?

No, otras propiedades del material que tienen relación con la resistencia frente a la rigidez contribuyen a la selección de un material en particular; estas propiedades son la tenacidad, el módulo de juventud, la resistencia a la fatiga, las propiedades de ruptura por tensión y los resultados del envejecimiento térmico.