Ensayo de Tensión para un Material Hiperelástico. Cárdenas Rivera Edgar Hernán, Gaytán Campos Israel, Hernández Moreno Saúl Andrés, Ortiz Maldonado Henry Alfonso. División de Ingenierías Ingenierías Campus Irapuato-Salamanca, Irapuato-Salamanca, Universidad de Guanajuato Salamanca, México
[email protected] [email protected] [email protected] [email protected]
-Objetivo General: Determinación de las características comportamiento de un material hiperelástico.
mecánicas
y
Objeti vos vos E specíf specífii cos cos: -Objeti Elaboración de un procedimiento experimental y metodología numérica para el ensayo de tensión de materiales con propiedades hiperelásticas, basados en la norma ASTM D 63803. Validación de la prueba realizada mediante una simulación en el software ANSYS, haciendo uso del Análisis por Elemento Finito y utilizando los datos del material obtenidos en el ensayo de tensión.
II. DESARROLLO DE LA PRÁCTICA La realización de esta práctica consistió primeramente en la selección de un material con un comportamiento adecuado para la finalidad buscada, es decir un material con comportamiento hiperelástico que resista una deformación mayor al 100%. En base a esto, el material seleccionado fue el Neopreno(figura1), cuyas características características cumplen adecuadamente con las características características solicitadas.
I. INTRODUCCIÓN En la actualidad, el uso de materiales hiperelásticos en la industria y la ingeniería está en ascenso, particularmente en el control de cargas de impacto y vibraciones mecánicas; estos materiales a diferencia de otros, cuyo comportamiento mecánico puede ser descrito a partir de las constantes elásticas del material (módulo de Young y coeficiente Poisson), los elastómero o materiales hiperelásticos, presentan otras características no lineales como viscoelasticidad y ablandamiento del material.
Figura 1. Neopreno
.
Una vez seleccionado el material, se procedió a obtener probetas por medio de un corte uniforme de un rollo de El presente trabajo desarrolla una metodología experimental Neopreno, tales probetas se normalizaron en base a la norma para la obtención de las características mecánicas, ASTM D 638-03, como se indica en la figura2. principalmente el módulo de elasticidad, de una probeta de Neopreno, material con comportamiento hiperelástico. hiperelástico. Con el objetivo de observar el comportamiento del material seleccionado, la muestra tomada se sometió a la aplicación gradual de cargas de tensión generadas por una máquina universal Instron, llevándola hasta la rotura. Para corroborar la validez de los datos obtenidos en la prueba de tensión, se realizó un análisis y simulación por elemento finito haciendo uso del software ANSYS, dicho programa involucra diversos modelos constitutivos para describir el comportamiento hiperelástico.
Figura 2. Dimensiones de la probeta en base a la
norma ASTM D 638-03.
Para la correcta realización del ensayo de tensión, se Ya que se llegó a la zona de rotura, se retira la probeta de la seleccionaron las probetas con la geometría más semejante a lo máquina INSTRON, se mide la probeta fracturada (figura6) que marca la norma, la más precisa fue la muestra con la que para comparar con las dimensiones iniciales y analizar la se realizó la prueba (figura3). existencia y magnitud de la deformación.
Figura3. Probetas normalizadas.
Después de que se seleccionó la mejor probeta, se procedió a colocarla en la máquina de prueba, en este caso, una máquina universal INSTRON (figura4).
Figura6. Probeta fracturada.
III. ANÁLISIS DE DATOS Y RESULTADOS Después de la realización de la práctica, se procede a analizar los datos generados para determinar las propiedades mecánicas del material. Tomando los datos de fuerza aplicada y desplazamiento generado se obtiene la gráfica de la figura7.
Figura4. Probeta colocada en la máquina de prueba.
Se programa la máquina INSTRON para aplicar gradualmente cargas de tensión a la probeta, esto hasta llevarla a la rotura (figura5). Figura7. Gráfica de Fuerza Vs Desplazamiento.
La curva Fuerza Vs Desplazamiento, presenta un comportamiento particular, es decir, adquiere un comportamiento tipo banda, esto se debe a que la fuerza aplicada es muy baja en relación a la capacidad de la celda de carga de la máquina de prueba. Esta curva se puede suavizar para tener una idea más clara del comportamiento e interpretación de los datos; para esto, se toma un promedio de los datos de fuerza y desplazamiento obtenidos en cada segundo, reduciendo así el número de datos, la nueva curva generada e muestra en la figura8. Figura5. Prueba de tensión.
Figura8. Gráfica de Desplazamiento Vs Fuerza.
Obteniendo los datos de esfuerzos y deformación unitaria, y realizando el mismo tratamiento para obtener una curva más estética, se obtiene la gráfica Esfuerzo Vs Deformación unitaria(figura9).
Figura9. Gráfica de Esfuerzo Vs Fuerza.
Con la curva generada en la figura9, se posibilita la obtención del módulo de elasticidad del material utilizado, esto se realiza con el cálculo de la pendiente de la curva Esfuerzo Vs Deformación, como resultado se obtiene que el valor de dicho módulo es de 4.752 [Mpa].
