Rigidez frente a resistencia:diferencias y factores clave a tener en cuenta

La resistencia y la rigidez del material son dos propiedades cruciales a comprender en la evaluación de productos. Desempeñan un papel importante en la determinación de la aplicación de materiales para diferentes propósitos. Algunas aplicaciones requieren productos que deben ser fuertes y resistentes a la flexión. Dichos productos también deben poder distribuir la carga sobre un área requerida.

A menudo, las personas confunden estas propiedades como si fueran lo mismo. Mucha gente también confunde ambos conceptos con la dureza de los materiales. Sin embargo, existen varias diferencias entre ellos. Por lo tanto, es crucial comprender estas diferencias al elegir el material para varios propósitos.

Este artículo explica la diferencia entre resistencia y rigidez y sus propiedades técnicas. También proporciona consejos para crear diseños perfectos utilizando materiales rígidos y fuertes. ¡Entremos de lleno!

Rigidez vs. Fuerza

La rigidez y la fuerza están estrechamente relacionadas. Como tales, son términos que se confunden fácilmente cuando se trata de ingeniería. Su uso en el habla común dificulta que la mayoría de las personas entiendan su distinción. Esto también hace que sea bastante difícil clasificarlos en consecuencia. Aunque ambos implican una sensación de resistencia, la rigidez difiere de la fuerza de varias maneras.

¿Qué es la Fuerza?

La resistencia es una medida de la cantidad de estrés que un material puede soportar sin romperse. Esta es la capacidad del material para soportar la carga máxima antes de que se rompa o se deforme permanentemente.

Cuando un material se deforma, cambia de forma en respuesta a la fuerza aplicada. La fuerza, por lo tanto, se refiere a la capacidad de un material para adaptarse a una fuerza sin romperse.

Es una medida total de la capacidad del material para soportar la carga que se le impone antes de llegar al punto de deformación permanente. Los ingenieros a menudo asocian un valor conocido como esfuerzo de fluencia “σy” como resistencia. Esto ayuda a establecer la diferencia entre resistencia y rigidez. La resistencia de un material es el resultado de su composición química y tratamiento térmico.

Tipos de fuerza

Hay varios tipos y medidas de resistencia para verificar al evaluar materiales. Incluyen lo siguiente:

Resistencia a la tracción

Esta es la cantidad máxima de estiramiento o tracción que puede tomar un material antes de que se dañe de forma permanente. La resistencia a la tracción es esencialmente una medida de cuánto puede resistir el material. Es un punto de referencia útil sobre el rendimiento de las piezas en las aplicaciones.

Hay tres tipos principales de resistencia a la tracción, que incluyen:

• Límite elástico. Este es el punto en el que el material comienza a deformarse plásticamente.
• Resistencia máxima a la tracción. Este es el esfuerzo último o máximo que un material puede resistir sin romperse.
• Resistencia a la rotura. Esto describe la coordenada de fuerza en la curva de fuerza-deformación en el punto de rotura.

Fuerza de impacto

La resistencia al impacto es una medida de la cantidad de impacto o fuerza aplicada que el material puede soportar antes de la deformación. La carga que provoca el impacto y el límite del material se expresan en términos de energía. Por lo tanto, la resistencia al impacto mide el nivel de energía que puede soportar un material antes de deformarse.

Resistencia a la compresión

Como su nombre lo indica, la resistencia a la compresión es el nivel máximo de compresión o presión que un material puede soportar. Se mide usando una máquina de prueba universal. Esta máquina aplica una gran cantidad de carga al material.

Límite elástico frente a límite máximo

Como su nombre lo indica, el límite elástico es la cantidad máxima de carga que un material puede soportar antes de que comience a ceder y deformarse permanentemente. En este punto, el material se deforma cuando se ejerce la fuerza más alta para alcanzar el límite elástico.

Por otro lado, la resistencia máxima a la tracción se refiere a la cantidad máxima de tensión que un material puede soportar mientras se estira. La resistencia máxima a la tracción es la mayor resistencia del material a la fuerza ejercida. A menudo resulta en el alargamiento o estiramiento permanente del material.

Sin embargo, tanto el límite elástico como la resistencia máxima a la tracción son indicadores de la capacidad de un material para resistir la deformación.

¿Qué es la rigidez del material?

La rigidez del material es la medida de la capacidad de un material para volver a su forma original después de que una fuerza externa actúe sobre él. Se refiere a la capacidad del material para resistir fuerzas externas y aun así volver a su forma original.

Estas fuerzas incluyen flexión, estiramiento y otras formas de tensión. También puede referirse a la rigidez de un material. Esta es su capacidad para resistir la deformación. La rigidez está estrechamente relacionada con los materiales elásticos o flexibles. Cuanto más flexible es un material, menor es la rigidez.

En general, la rigidez es la medida total de la cantidad de deflexión causada por la carga sobre el material. Los ingenieros a menudo asocian un valor conocido como módulo de Young "E" para la rigidez.

Conocer las propiedades de los materiales es importante para el diseño de su pieza. Si necesita alguna sugerencia sobre la selección de materiales para crear piezas de alta calidad, RapidDirect es su mejor socio.

Relación entre rigidez y resistencia

Cuando se trata de rigidez versus fuerza, es fácil confundir las cosas. A menudo parece lógico que si un material es rígido, es lo suficientemente fuerte para soportar la fuerza y ​​soportar la carga sin romperse. Sin embargo, este no es el caso, ya que "más fuerte" no significa necesariamente "más rígido".

La resistencia de un material y sus propiedades de rigidez no están directamente relacionadas. Esto es evidente cuando estos materiales de propiedades de rigidez y resistencia variables se exponen a fuerzas externas. Las propiedades del material rígido pueden permitirle volver a su forma original después de adoptar varias formas para asumir la fuerza.

Por otro lado, un material fuerte no cambia su forma. O resiste la fuerza o se deforma permanentemente si la fuerza es mayor que su resistencia a la tracción. Esto puede ser confuso para la mera lógica porque la resistencia a la deformación física es una parte clave para definir tanto la resistencia como la rigidez. Sin embargo, el material puede romperse fácilmente si tiene poca resistencia. Si tiene poca rigidez, puede desviar una carga alta.

¿Cuál es la diferencia entre fuerza y ​​rigidez? de Material?

La resistencia y la rigidez son dos propiedades físicas de un material. Una diferencia importante entre ellos es que la rigidez es la capacidad de un objeto para resistir el estrés sin romperse. Por otro lado, la fuerza es la capacidad de un objeto para resistir la deformación cuando se aplica tensión.

La resistencia mide el estrés o la fuerza aplicada a un material antes de que se rompa (resistencia a la tracción) o se deforme permanentemente (límite elástico). Sin embargo, la rigidez del material define cómo un material se dobla para resistir la fuerza ejercida mientras regresa a su forma original al eliminar la fuerza.

Un material fuerte con menos rigidez se romperá si la fuerza ejercida excede su resistencia a la tracción. El material fuerte no cambia su forma. Si la fuerza ejercida supera su fuerza, simplemente se rompe, perdiendo por completo su forma original.

Sin embargo, el material rígido con menos resistencia se desviará. La desviación lo ayuda a acomodar la fuerza ejercida sobre él. Por lo tanto, puede volver a su forma original una vez que se elimina la fuerza.

Prácticas recomendadas en el diseño de resistencia y rigidez

La rigidez frente a la resistencia presenta un tema importante a considerar en la fabricación. Aquí hay cuatro mejores prácticas para controlar antes y durante un proceso de diseño.

1. Calcule la tensión esperada en cada material

Para determinar dónde pueden surgir contratiempos, debe determinar la fuerza esperada que se ejercerá sobre cada material. Es importante saber cómo probar la rigidez del material. Puede hacer esto midiendo cómo responde el diseño previsto a fuerzas variables. Para examinar esto, puede emplear técnicas de instrumentación para predecir el comportamiento del modelo y analizar los datos resultantes. Además, debe tener en cuenta las variables de fluencia y fatiga en sistemas alternativos relacionados con el entorno al que estaría expuesto el material.

2. Ejecutar pruebas en una gama de materiales antes de la selección

Deben emplearse materiales con propiedades mecánicas conocidas para probar la resistencia o la rigidez con la fuerza externa. Los materiales como la cerámica son frágiles. No presentan ninguna deformación antes de la fractura. Al ejercer fuerza, se rompen rápidamente y se deforman permanentemente. Los metales, por otro lado, poseen propiedades dúctiles y frágiles. Si son dúctiles, exhiben deformación plástica antes de la fractura. Las alternativas frágiles se deforman permanentemente al ejercer fuerza más allá de su límite elástico

3. Identifique los factores importantes al comenzar su diseño

Es importante identificar los factores y componentes que serían más importantes para su diseño. Estos factores pueden incluir cargas uniformes y de impacto, así como cargas constantes y concentradas. Esto es especialmente crucial en la etapa inicial de su diseño al desarrollar su diseño con software CAD. Esto lo ayudará a crear representaciones gráficas de esos componentes utilizando modelos de diagramas de bloques y gráficos de enlace. Por lo tanto, tendrá una idea de la rigidez y la fuerza requeridas.

4. Confirme la funcionalidad del diseño antes de crear prototipos

Puede consultar con ingenieros para revisar su diseño. Lo ayudarán a proporcionar un análisis técnico de su diseño y brindarán revisiones cuando sea necesario. Aproveche el análisis FEA para optimizar la geometría de su diseño. Luego, asegúrese de que los resultados numéricos estén sincronizados antes de crear prototipos.

Conclusión

Es importante comprender los roles individuales de la resistencia y la rigidez del material en la toma de decisiones fundamentales. Son factores muy esenciales en la producción de productos de alta gama. Esto se debe a que la producción depende de la respuesta de los materiales a la fuerza o carga aplicada.

La forma más confiable de comprender la diferencia entre resistencia y rigidez es trabajar con una empresa confiable. En RapidDirect, entendemos las interacciones entre diferentes diseños y materiales de productos. También entendemos cómo estos materiales interactúan con el suelo y con las cargas de los equipos.

Por lo tanto, estamos dispuestos a utilizar nuestra experiencia y conocimientos para ayudarle en la producción de sus materiales. RapidDirect lo ayuda desde la selección y compra de materiales hasta la creación de prototipos y la fabricación de producción. Ofrecemos certificados de materiales, certificación ISO 9001:2015 y una sólida inspección de calidad. Todos estos, y más, están disponibles a un precio competitivo.