INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MORELIA
Mecánica experimental de esfuerzos M.I. José Nicolás Ponciano Guzmán
Alumno: Cortés Mejía Joaquín Emilio
Reporte de prácticas 1-5
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Práctica número: 1 Título de la práctica: Conocimiento del procedimiento de cementación Nombre y número de control del alumno: Joaquín Emilio Cortés Mejía No. De control 13121202 Materia: Mecánica experimental de esfuerzos Nombre del profesor: José Nicolás Ponciano Guzmán Lugar y fecha: Morelia Michoacán a 29 de octubre Objetivo: Conocer los diferentes tipos de galgas, según sus aplicaciones y clasificación, para una adecuada selección y conocer el procedimiento para cementar galgas en diferentes tipos de materiales. Material y equipo utilizado: -Galga seleccionada -Trozos de lija -Solvente -Kleneexs -Lápiz 4H -Neutralizador -Algodón -Cinta Scotch -Catalizador Azul 910 -Adhesivo Eastman 910 -Mflux -Fundente de cobre -Laca
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Teoría básica: Si bien aún no se utilizaron ninguno de los principios básicos de la mecánica de materiales, la teoría utilizada durante esta práctica fue la adquirida del profesor y de los manuales de micro measuraments group. Es fundamental que el alumno siga al pie de la letra las instrucciones del manual de prácticas, tener una buena limpieza y posterior cementación permitirá tener el menor error posible en la medición. Independientemente del material que del que está hecha la pieza a medir, el procedimiento permanece casi totalmente igual y se puede reducir a: Lijar, limpiar, pegar, limpiar nuevamente, cementar-pegar y finalmente preparar las terminales de la galga. Dependiendo del material sobre el que se trabaje cambiará el neutralizador y catalizador. Resultados obtenidos: Los resultados obtenidos fueron aceptables en términos del acabado de la superficie, de la alineación de la galga con el eje longitudinal de la muestra y con la limpieza en el proceso y en la cementación final. Conclusiones: La cementación no es un proceso complicado, quizá únicamente tedioso, pero si se realiza con el tiempo suficiente y material necesario, es bastante metódico y sencillo. Durante la cementación de la galga debemos tener especial cuidado de no dejar materia extraña entre el material y la galga, dejar la superficie sobre la que descansará la galga lo más lisa posible y quizá lo más importante y complicado de toda la práctica es soldar los cables a las terminales e la galga ya que hay que tener cuidado con no dañar dichas terminales, de no quemar la matriz o parilla y de no cortocircuitar la galga al puentear las terminales por error.
Práctica número: 2 Título de la práctica: Descripción y conocimiento del equipo de medición Nombre y número de control del alumno: Joaquín Emilio Cortés Mejía No. De control 13121202 Materia: Mecánica experimental de esfuerzos Nombre del profesor: José Nicolás Ponciano Guzmán
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Lugar y fecha: Morelia Michoacán a 29 de octubre Objetivo: Conocer y aprender a operar el equipo probador de señales estáticas P-3500 y el medidor de deformaciones 3800 Material y equipo utilizado: -Probador de señales estáticas P-3500 -Medidor de deformaciones 3800 Teoría básica: Lo principal que tuvimos que tuvimos que estudiar como antecedente teórico fue el puente de Wheatstone; este montaje eléctrico consta de 4 resistencias, 2 de valor constante, uno de valor variable y una de valor variable que sería la que queremos conocer. Dicho arreglo nos permite entonces conocer el valor de la resistencia que opone la galga luego de ser deformada, mediante las leyes de Kirchoff se puede hacer un análisis eléctrico por nodos y mallas con el fin de comprobar el equilibrio eléctrico que se alcanza a la hora de igualar ambos brazos del circuito en términos de su resistencia.
Resultados obtenidos: Los instrumentos son sencillos de usar, y se logró comprender el funcionamiento de estos sin mayor complicación. Si bien los instrumentos tienen interesantes principios de funcionamiento, su manejo es
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realmente sencillo y permite al usuario hacer mediciones de manera rápida y sencilla sin perder precisión.
Conclusiones: Conocer los instrumentos que se utilizarán en la práctica cotidiana es fundamental, si bien puede que estos instrumentos vengan en distintas presentaciones y con interfaces variadas su fin último es el mismo y es importante conocer por ello su principio de funcionamiento, así como la simbología y nomenclatura con la que nos podemos hallar sin importar el modelo, marca, año, etc. La mecánica experimental de esfuerzos formó una estrecha relación con el campo de la ingeniería eléctrica al momento de crearse las galgas con el descubrimiento de los materiales piezoeléctricos. Dado que los materiales piezoeléctricos cambian su resistencia eléctrica de manera proporcional al esfuerzo al que se ven sometidos, es entonces que la mecánica experimental se casa con la instrumentación de la ingeniería eléctrica. Práctica número: 3 Título de la práctica: Determinación de esfuerzos en una viga en voladizo o también llamada cantiliver.
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Nombre y número de control del alumno: Joaquín Emilio Cortés Mejía No. De control 13121202 Materia: Mecánica experimental de esfuerzos Nombre del profesor: José Nicolás Ponciano Guzmán Lugar y fecha: Morelia Michoacán a 29 de octubre Objetivo: Cortar una probeta de 32 cm de longitud en aluminio o a cero, realizar la cementación de una galga sencilla, sujetar la viga en voladizo, determinar la deformación y calcular es esfuerzo experimental. Material y equipo utilizado: -Probeta instrumentada de aluminio de 32cm de longitud -Probador de señales estáticas P-3500 -Medidor de deformaciones 3800 -Soporte para peso -Pesas de magnitudes variadas Teoría básica: La teoría fundamental para nuestra práctica fue la vista durante el curso de mecánica de materiales, el someter a una viga empotrada o en voladizo a una carga, ya sea puntual o distribuida, generará un momento de magnitud Fd donde F es la magnitud de la fuerza y d es la distancia del empotramiento al punto o área de aplicación de la carga. Dicho momento nos producirá una flexión en la probeta, donde la probeta tendrá la mitad de su sección sometida a compresión y la otra mitad a tensión, para nosotros llevar a cabo la medición entonces es importante comprender que el valor que nos arrojaría el medidor de deformaciones era la deformación unitaria épsilon, la cual es una cantidad adimensional que nos relaciona el cambio en la longitud y la longitud inicial. Obteniendo nosotros épsilon podemos entonces multiplicarla por el módulo de Young del material para obtener entonces el esfuerzo del material, dicha teoría solo aplica en la zona de deformación elástica del material. Resultados obtenidos: Lo resultados obtenidos fueron aceptables, si bien el esfuerzo experimental y el esfuerzo teórico presentaron una cierta divergencia 6
es aceptable el error que se obtuvo. Es importante recalcar que la deformación unitaria que obteníamos con el medidor de deformaciones variaba considerablemente si variábamos la longitud que se encontraba en voladizo, de esta manera podíamos ir aproximando el valor experimental al teórico y así ir reduciendo el error. Deformación exp. (e-6)m
Esfuerzo exp. MPa
Esfuerzo teórico MPa
Esfuerzo obtenido por medio del CAD MPa
Esfuerzo obtenido por medio del MEF
% de error
226
15.82
16
15.808
15.62
1.137%
223
15.61
16.154
224
15.68
16.615
Observaciones
Error teo .075853% Error CAD 1.26422% Error MEF
expexpexp-
Conclusiones: Finalmente, hay que decir que, si bien los resultados obtenidos fueron aceptables, en la práctica la medición de esfuerzos es algo que se aleja un poco de la teoría, por ello, es importante que el operario haga un análisis teórico de manera que éste se dé cuenta de las regiones de mayor
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importancia, es decir, donde ocurren los esfuerzos de mayor magnitud. Si el operador no tiene presente dónde debe medir, por bien que se haga la cementación e instrumentación es posible que no se obtenga medición alguna o incluso los valores estén muy alejados de los calculados.
Práctica número: 4 Título de la práctica: Determinación del módulo de elasticidad y módulo de Poisson en aluminio y acero Nombre y número de control del alumno: Joaquín Emilio Cortés Mejía No. De control 13121202 Materia: Mecánica experimental de esfuerzos Nombre del profesor: José Nicolás Ponciano Guzmán Lugar y fecha: Morelia Michoacán a 29 de octubre Objetivo: Cortar dos probetas de 32 cm de longitud de aluminio y otra de acero, la cementación de galgas en la dirección longitudinal y transversal, sujetar la viga en voladizo, determinar las deformaciones y calcular el módulo de Poisson, en cada probeta. Material y equipo utilizado: -Probeta instrumentada de aluminio de 32cm de longitud -Probador de señales estáticas P-3500 -Medidor de deformaciones 3800 -Soporte para peso -Pesas de magnitudes variadas Teoría básica: Retomando los conocimientos de la materia de mecánica de materiales y continuando lo visto en prácticas anteriores, al nosotros calcular la deformación en la probeta de aluminio de manera experimental y posteriormente multiplicarla por el módulo de Young obtuvimos un esfuerzo. De manera similar, podemos hacer la medición de las deformaciones para
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distintas cargas aplicadas en la misma probeta, al nosotros variar las cargas y mantener el área constante podemos entonces ir variando el esfuerzo de manera proporcional a la carga. En una gráfica esfuerzo contra deformación se van trazando los valores obtenidos de deformación para cada esfuerzo, una vez graficados los puntos los unimos con una línea; dicha línea caracteriza el comportamiento elástico en este caso del material. SI nosotros calculamos la pendiente de dicha recta, obtendremos entonces el llamado “módulo de elasticidad o módulo de Young” característico de cada material obteniendo así una constante del material de manera experimental. Es importante recalcar que la ecuación que nos rige el esfuerzo normal por flexión es:
=
Dado que el área es la misma en todas las pruebas, la distancia a la fibra de análisis ( c ), en este caso la mitad de la altura de la sección, es la misma; al igual que el momento de inercia. Resultados obtenidos: El cálculo fue relativamente sencillo, se calculó el esfuerzo y de formación para cada carga. Los resultados se muestran a continuación: Carga Deformación (ε) Esfuerzo (σ) 2N 39e-6 2.88MPa 5N 97e-6 7.21MPa 7N 136e-6 10.09MPa 10N 194e-6 14.42MPa 12N 232e-6 17.3MPa 15N 289e-6 21.63MPa Teniendo entonces los datos a graficar, se trazaron los puntos y se procedió a calcular la pendiente de la recta (módulo de Young) de la siguiente manera:
=
=
14.9210
= 76.910 / () 19410−
Para el cálculo de la relación de Poisson se tuvo que usar una roseta de dos galgas a 90° o un arreglo de 3 galgas equidistantes a 30°. Teniendo la deformación longitudinal y transversal se puedo calcular fácilmente la relación de Poisson de la siguiente manera:
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=
19210− = = .2849 67410−
Conclusiones: En conclusión, los valores obtenido para el módulo de elasticidad y la relación de Poisson se alejaron un poco de los valores que normalmente tomamos a la hora de hacer cálculos teóricos. Existen múltiples factores que pueden causar esta diferencia en os valores entre los que cabe mencionar: errores de cementación, errores de instrumentación, errores de medición y el hecho de que no conocemos con exactitud la composición del material por lo que en realidad puede que si supiéramos la exacta composición de este pudiéramos comparar los valores con una constante de elasticidad y relación de Poisson, existen múltiples aleaciones de aluminio que pueden causar un considerable diferencia en sus propiedades elastoplásticas.
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