El diseño mecánico hace referencia al diseño de objetos o sistemas de naturaleza mecánica, es decir, piezas, estructuras, mecanismos, dispositivos, máquinas e instrumentos con fines diversos. El diseño mecánico se basa en estudios sobre cuestiones como el límite de fluencia de los materiales y el valor de esfuerzo aplicado con el cual los materiales comienzan a deformarse de forma permanente.
Límite de fluencia
El límite de fluencia es un punto que indica propiedades muy interesantes de los materiales. Antes del límite de fluencia el material presenta propiedades elásticas que respetan la ley de Hooke mediante la cual se puede establecer el módulo de Young del material; al superar dicho límite el material deja de ser elástico y se deforma plásticamente, lo que indica que una vez eliminado el esfuerzo no regresará a su forma natural.
Para la mayoría de los metales el límite elástico está bien definido, pero no todos los materiales elásticos tienen un límite claro, el cual también estará en dependencia de las condiciones ambientales. Más ahora, con el avance de la ciencia de materiales y la creación de materiales con propiedades extraordinarias, a veces características como el límite de fluencia no se puede establecer con precisión, sobre todo si hablamos de fluidos no-newtonianos.
Esfuerzo aplicado
Para llevar un cuerpo a su límite elástico se debe aplicar un esfuerzo, que debe ser medible. Por ello se realiza el ensayo de tracción o ensayo de tensión, consistente en someter una probeta normalizada del material que se quiera estudiar, para someterla a un esfuerzo axial de tracción hasta que la probeta llegue a su punto de quiebre. De esta manera se mide la resistencia de un material a una fuerza estática, o aplicada lentamente.
El ensayo de tracción permite conocer datos importantes sobre los materiales, como módulo de elasticidad o Young, límite de fluencia, límite elástico, coeficiente de Poisson, resistencia a la tracción, etc.; aunque el módulo de Young no se suele calcular ya que es característico de material y ya existen tablas con datos bastante bien definidos.
Buen diseño mecánico
Lograr un diseño mecánico adecuado requiere de cálculos precisos y varios ensayos prueba/error. Si se quiere lograr un diseño adecuado el cociente límite de fluencia/fuerza aplicada debe ser mayor que la unidad, de lo contrario el diseño se romperá ante el esfuerzo. Esta es la forma más sencilla de establecer un buen diseño mecánico, aunque por supuesto no es la única.
