Resistencia Hibbeler 8Ed – CAP 4: Carga axial – Clases de Mecánica

CLASES DE MECANICA

Ejercicios Resueltos

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Capítulo 4: Carga Axial

Ejercicios Resueltos: Mecánica de Materiales, Russell C Hibbeler. 8 Ed

- Deformación elástica

PROBLEMAS

Problema 4-10

4-10.El ensamble consta de tres barras de titanio (Ti-6A1- 4V) y una barra rígida AC. El área de la sección transversal de cada barra se muestra en la figura. Si se aplica una fuerza de 6 kip al anillo F, determine el ángulo de inclinación de la barra AC.

Problema 4-18

4-18.El ensamble consiste en dos barras de acero A-36 y una barra rígida BD. Cada una de ellas tiene un diámetro de 0.75 pulg. Si se aplica una fuerza de 10 kip sobre la barra como se muestra en la figura, determine el desplazamiento vertical de la carga.

Problema 4-19

4-19.El ensamble consiste en dos barras de acero A-36 y
una barra rígida BD. Cada una de ellas tiene un diámetro
de 0.75 pulg. Si se aplica una fuerza de 10 kip sobre la barra,determine el ángulo de inclinación de la barra.

- Elementos estáticamente indeterminados cargados axialmente

PROBLEMAS

Problema 4-31

4-31.La columna está hecha de concreto de alta resistencia y seis varillas de refuerzo de acero A-36. Si la columna
se somete a una fuerza axial de 30 kip, determine el esfuerzo normal promedio en el concreto y en cada varilla. Cada una tiene un diámetro de 0.75 pulg.

Problema 4-32

4-32.La columna está hecha de concreto de alta resistencia y seis varillas de refuerzo de acero A-36. Si la columna se somete a una fuerza axial de 30 kips, determine el diámetro requerido de cada varilla de tal manera que una cuarta parte de la carga sea soportada por el concreto y tres cuartas partes por el acero.

Problema 4-34

4-34. El poste A de acero inoxidable 304 tiene un diámetro d = 2 pulg y está rodeado por el tubo B de latón rojo C83400. Ambos descansan sobre una superficie rígida. Si se aplica una fuerza de 5 kip sobre la tapa rígida, determine el esfuerzo normal promedio desarrollado en el poste y en el tubo.

Problema 4-36

*4-36. La barra compuesta consta de un segmento AB de acero A-36 con un diámetro de 20 mm y segmentos finales DA y CB de latón rojo C83400 con un diámetro de 50 mm. Para cada segmento, determine el esfuerzo normal promedio debido a la carga aplicada.

Problema 4-38

4-38. La columna de acero A-36 que tiene un área transversal de 18 pulg2, está ahogada en concreto de alta resistencia como se muestra en la figura. Si se aplica una fuerza axial de 60 kip sobre la columna, determine el esfuerzo de compresión promedio en el concreto y el acero. ¿Qué tanto se acorta la columna si su longitud original es de 8 pies?

Problema 4-43

4-43. El ensamble consta de dos barras AB y CD de una aleación de latón rojo C83400 con un diámetro de 30 mm, una barra EG de aleación de acero inoxidable 304 con un diámetro de 40 mm y una tapa rígida G. Si los soportes en A, C y F son rígidos, determine el esfuerzo normal promedio desarrollado en las barras AB, CD y EF.

Problema 4-55

4-55. Las tres barras de suspensión están fabricadas de acero A-36 y tienen áreas iguales de 450 mm2 en sus secciones transversales. Determine el esfuerzo normal promedio en cada barra si la viga rígida se somete a la carga mostrada en la figura.

Problema 4-56

4-56. La barra rígida soporta una carga de 800 lb. Determine el esfuerzo normal en cada cable de acero A-36, si cada uno de ellos tiene un área de 0.04 pulg2 en su sección transversal

Problema 4-57

4-57.La barra rígida está en un principio en posición horizontal y se sostiene mediante dos cables de acero A-36, cada uno con un área transversal de 0.04 pulg2 . Determine la rotación de la barra cuando se aplica la carga de 800 lb.

Problema 4-60

4-60.El ensamble consta de dos postes AD y CF hechos
de acero A-36, con un área en su sección transversal de
1000 mm2, y un poste BE de aluminio 2014-T6 con un áreaen su sección transversal de 1500 mm2. Si se aplica una carga central de 400 kN sobre la tapa rígida, determine el esfuerzo normal en cada poste. Hay un pequeño espacio de 0.1 mm entre el poste BE y el elemento rígido ABC.

- Esfuerzo Térmico

PROBLEMAS

Problema 4-69

•4-69. Tres barras, cada una fabricada con diferentes materiales, están conectadas entre sí y ubicadas entre dos paredes cuando la temperatura es T1 = 12°C. Determine la fuerza ejercida sobre los soportes (rígidos) cuando la temperatura es T2 = 18°C. Las propiedades del material y el área de la sección transversal de cada barra se muestran en la figura.

Problema 4-70

4-70. La barra está fabricada de acero A-36 y tiene un diámetro de 0.25 pulg. Si la barra tiene 4 pies de largo cuando los resortes se comprimen 0.5 pulg y la temperatura es T = 40°F, determine la fuerza en la barra cuando su temperatura es T = 160°F.

Problema 4-71

4-71. Una tubería de vapor de 6 pies de largo está fabricada de acero A-36 con sY = 40 ksi. Se conecta directamente a dos turbinas A y B como se muestra en la figura. La tubería tiene un diámetro exterior de 4 pulg y un espesor de pared de 0.25 pulg. La conexión se hizo a T1 = 70°F. Si se supone que los puntos en que se conectan las turbinas son rígidos, determine la fuerza que ejerce la tubería en las turbinas cuando el vapor y, por consiguiente, la tubería alcanzan una temperatura de T2 = 275°F.

Problema 4-72

4-71. Una tubería de vapor de 6 pies de largo está fabricada de acero A-36 con sY = 40 ksi. Se conecta directamente a dos turbinas A y B como se muestra en la figura. La tubería tiene un diámetro exterior de 4 pulg y un espesor de pared de 0.25 pulg. La conexión se hizo a T1 = 70°F. Si se supone que los puntos en que se conectan las turbinas tienen una rigidez de k = 80(103 ) kip>pulg, determine la fuerza que ejerce la tubería en las turbinas cuando el vapor y, por consiguiente, la tubería alcanzan una temperatura de T2 = 275°F.

Problema 4-74

4-74. El tubo de bronce C86100 tiene un radio interno de 0.5 pulg y un espesor de pared de 0.2 pulg. Si el gas que fluye a través del tubo cambia su temperatura de manera uniforme desde TA = 200°F en A hasta TB = 60°F en B, determine la fuerza axial que ejerce sobre las paredes. El tubo se instaló entre las paredes cuando T = 60°F.

Problema 4-79

4-79. La barra de acero A-36 tiene un diámetro de 50 mm y se encuentra conectada de manera ligera a los soportes rígidos en A y B cuando T1 = 50°C. Determine la fuerza P que debe aplicarse al collarín en su punto medio a fin de que, cuando T2 = 30°C, la reacción en B sea cero.

Problema 4-80

*4-80. El bloque rígido tiene un peso de 80 kip y debe estar sostenido por los postes A y B, que están hechos de acero A-36, y por el poste C, que está hecho de latón rojo C83400. Si todos los postes tienen la misma longitud original antes de cargarse, determine el esfuerzo normal promedio desarrollado en cada uno de ellos cuando la temperatura del poste C se incrementa en 20°F. Cada poste tiene un área de 8 pulg² en su sección transversal.

Problema 4-81

•4-81. Las tres barras están fabricadas de acero A-36 y forman una armadura conectada por pasadores. Si la armadura se construye cuando T1 = 50°F, determine la fuerza en cada barra cuando T2 = 110°F. Cada barra tiene un área en su sección transversal de 2 pulg2.

Problema 4-84

•4-81. El tubo AB fabricado de una aleación de magnesio AM1004-T61 está cubierto con una placa rígida E. El espacio entre E y el extremo C de la barra circular sólida CD, fabricada de una aleación de aluminio 6061-T6, es de 0.2 mm cuando se tiene una temperatura de 30°C. Determine el esfuerzo normal desarrollado en el tubo y la barra si la temperatura sube a 80°C. No tome en cuenta el espesor de la tapa rígida.

Problema 4-85

•4-85. El tubo AB fabricado de una aleación de magnesio AM1004-T61 está cubierto con una placa rígida E. El espaciamiento entre E y el extremo C de la barra circular sólida CD, fabricada de una aleación de aluminio 6061-T6, es de 0.2 mm cuando se tiene una temperatura de 30°C. Determine la temperatura más alta que se puede alcanzar sin causar la cedencia, ya sea en el tubo o la barra. No tome en cuenta el espesor de la tapa rígida.

- Concentraciones de esfuerzo

PROBLEMAS

Problema 4-87

4-87. Determine el esfuerzo normal máximo desarrollado en la barra cuando está sometida a una tensión de P = 8 kN.

Problema 4-88

4-88. Si el esfuerzo normal permisible para la barra es sperm = 120 MPa, determine la máxima fuerza axial P que puede aplicarse a la barra.

Problema 4-89

4-88. El elemento debe hacerse a partir de una placa de acero con 0.25 pulg de espesor. Si se perfora un orificio de 1 pulg a través de su centro, determine el ancho w aproximado de la placa para que pueda soportar una fuerza axial de 3350 lb. El esfuerzo permisible es sperm = 22 ksi.

Problema 4-91

4-91. Determine la máxima fuerza axial P que se puede aplicar a la barra, la cual está fabricada de acero y tiene un esfuerzo permisible de σperm = 21 ksi.

Problema 4-92

4-92. Determine el esfuerzo normal máximo desarrollado en la barra cuando se somete a una tensión de P = 2 kip.

Problema 4-94

4-94. En la figura se muestra la distribución del esfuerzo resultante a lo largo de la sección AB de la barra. Con base en esta distribución, determine de manera aproximada la fuerza axial resultante P aplicada a la barra. Además, ¿cuál es el factor de concentración del esfuerzo para esta geometría?

PROBLEMAS DE REPASO

Problema 4-114

4-114. La barra de aluminio 2014-T6 tiene un diámetro de 0.5 pulg y está ligeramente ajustada a los soportes rígidos en A y B, cuando T1 = 70°F. Si la temperatura llega a T2 = -10°F, y se aplica una fuerza axial de P = 16 lb en el collarín rígido, como se muestra en la figura, determine las reacciones en A y B.

Problema 4-115

4-115. La barra de aluminio 2014-T6 tiene un diámetro de 0.5 pulg y está ligeramente ajustada a los soportes rígidos en A y B, cuando T1 = 70°F. Determine la fuerza P que debe aplicarse al collarín de modo que, cuando T = 0°F, la reacción en B sea nula.

Lista de ejercicios resueltos

– Deformación elástica

Problemas

4-10 https://youtu.be/1LRA9–o6ho
4-18 https://youtu.be/yZVxilHa-hs
4-19https://youtu.be/AqpX7xjJQmY

– Elementos estáticamente indeterminados cargados axialmente
Problemas

4-31 https://youtu.be/_sra8ZZL6Q8
4-32 https://youtu.be/EhTGot0riXM
4-34 https://youtu.be/PO-QbFINuAs
4-36 https://youtu.be/gK435NuK_NE
4-37 https://youtu.be/tdQODnTVIdc
4-38 https://youtu.be/xG1p8tP-7Gw
4-43 https://youtu.be/hTPbYk5_UIU
4-55 https://youtu.be/n2V0X0GS1e4
4-56 https://youtu.be/-oqGjuqDrQM
4-57 https://youtu.be/N9w92Vi3Tk4
4-60 https://youtu.be/YSNzcGLAS_E

– Esfuerzo Térmico
Problemas

4-69 https://youtu.be/vhgqQ-5aS2g
4-70 https://youtu.be/J1jXy4wiYtU
4-71 https://youtu.be/Uocuq_42qLc
4-72 https://youtu.be/yU1DDe7BWvw
4-74 https://youtu.be/lCVxqS7colQ
4-79 https://youtu.be/I4hsr8U55aw
4-80 https://youtu.be/6mhisDvgxB8
4-81 https://youtu.be/qK8SwWgmnWg
4-84 https://youtu.be/7ke-LyEbWZU
4-85 https://youtu.be/lafFSOTN8Eg

– Concentraciones de esfuerzo
Problemas

4-87 https://youtu.be/I-P8vtdPo0c
4-88 https://youtu.be/hbr2lnWI5Ow
4-89 https://youtu.be/HodmCFNOUBU
4-91 https://youtu.be/57aLO1CE9n0
4-92 https://youtu.be/LS9q3atCYvI
4-94 https://youtu.be/1rMHz_WlnnM

– Problemas de repaso
4-114 https://youtu.be/-vYFG8oP17s
4-115 https://youtu.be/VsxZedIjKkg

Mecánica de Materiales - Hibbeler 8 Ed.

Mecánica de Materiales - Beer & Jhonston 6 Ed.

Mecánica de Materiales - Beer & Jhonston 7 Ed.

Mecánica vectorial para ingenieros. Beer, Johnston, Mazurek & Eisenberg. 9 Ed.

Mecánica vectorial para ingenieros. Beer, Johnston, Mazurek & Eisenberg. 11 Ed.

Mecánica para ingeniería ESTATICA - Bedford & Fowler. 5 Ed.

Eng. Mechanics ESTATICS - Pytel & Kiusalaas 3ra Ed

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