Ciencia e Ingeniería de Materiales Universidad Católica de Santa María
Guía de Prácticas del Curso: CIENCIA E INGENIERIA DE MATERIALES PRACTICA Nº 8 ENSAY DE C!ARPY "# $%ETI&S •
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A'ali(ar el co)*orta)ie'to de los )ateriales )etálicos al ser so)etidos a u' es+uer(o de i)*acto# Deter)i'ar la ,elocidad e' el )o)e'to del I)*acto - la altura i'icial a la .ue es lle,ado el )artillo seleccio'ado# Ide' Ide'titi+i+ica carr los los co)* co)*or orta ta)i )ie' e'to toss +rá/ +rá/ilil - d0ct d0ctilil e' la +rac +ractu tura ra de los los )etales1 )edia'te o2ser,aci3' ,isual# 2se 2ser, r,ar ar - reco reco'o 'oce cerr las las *osi *osi2l 2les es di+e di+ere re'c 'cia iass .ue .ue *res *rese' e'ta ta' ' los los di,ersos )ateriales e' cua'to a ductilidad - +ra/ilidad 4e' cua'to a su tolera'cia a la de+or)aci3'5# 6# REC7RSS
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Per+iles cuadrados de 9 P'dulo de i)*acto Martillo ;# D7RACI
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Dos sesio'es 4> ?oras5# ># MARC TE
1. INTRODUCCION La te'acidad es u'a )edida de la ca'tidad de e'er/ía .ue u' )aterial *uede a2sor2er a'tes de +racturar# E,al0a la ?a2ilidad de u' )aterial de so*ortar u' i)*acto si' +racturarse# Esta *ro*iedad se ,alora )edia'te u'a *rue2a se'cilla e' u'a )á.ui'a de e'sa-os de i)*acto# !a- dos )todos di+ere'tes *ara e,aluar esta *ro*iedad# Se de'o)i'a' e'sa-os de C?ar*-# La di+ere'cia e'tre los dos radica e' la +or)a co)o se *osicio'a la )uestra# La *ro2eta .ue se utili(a *ara a)2os e'sa-os es u'a 2arra de secci3' tra's,ersal cuadrada de'tro de la cual se ?a reali(ado u'a talla e' +or)a de &# UCSM
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Ciencia e Ingeniería de Materiales Esta *ro2eta se sostie'e )edia'te )orda(as *aralelas .ue se locali(a' de +or)a ?ori(o'tal e' el e'sa-o ti*o C?ar*-# Se la'(a u' *esado *'dulo desde u'a altura ? co'ocida1 este *'dulo /ol*ea la )uestra al desce'der - la +ractura# Si se co'oce la )asa del *'dulo - la di+ere'cia e'tre la altura +i'al e i'icial1 se *uede calcular la e'er/ía a2sor2ida *or la +ractura# El e'sa-o de i)*acto /e'era datos 0tiles cua'titati,os e' cua'to a la resiste'cia del )aterial al i)*acto# Si' e)2ar/o1 'o *ro*orcio'a' datos adecuados *ara el dise@o de seccio'es de )ateriales .ue co'te'/a' /rietas o de+ectos# Este ti*o de datos se o2tie'e desde la disci*li'a de la Mecá'ica de la ractura1 e' la cual se reali(a' estudios te3ricos - eB*eri)e'tales de la +ractura de )ateriales estructurales .ue co'tie'e' /rietas o de+ectos *reeBiste'tes#
2. METODO DE ENSAYO Los e'sa-os di'á)icos de c?o.ue se reali(a' /e'eral)e'te e' )á.ui'as de'o)i'adas *'dulos o )artillo *e'dulares1 e' las .ue se ,eri+ica el co)*orta)ie'to de los )ateriales al ser /ol*eados *or u'a )asa co'ocida a la .ue se dea caer desde u'a altura deter)i'ada1 reali(á'dose la eB*erie'cia e' la )a-oría de los casos1 de dos )a'eras disti'tas el )todo I(od - el )todo C?ar*-# E' a)2os casos la rotura se *roduce *or +leBio'a)ie'to de la *ro2eta1 la di+ere'cia radica e' la *osici3' de la *ro2eta e'tallada1 co)o se )uestra e' la +i/ura *or lo .ue se los de'o)i'a +leBi3' *or c?o.ue# El *'dulo de C?ar*- es u' dis*ositi,o utili(ado e' e'sa-o *ara deter)i'ar la te'acidad de u' )aterial# So' e'sa-os de i)*acto de u'a *ro2eta e'tallada e'sa-ada a +leBi3' e' ; *u'tos# El *'dulo cae so2re el dorso de la *ro2eta la *arte# La di+ere'cia e'tre la altura i'icial del *'dulo 4?5 - la +i'al tras el i)*acto 4?5 *er)ite )edir la e'er/ía a2sor2ida e' el *roceso de +racturar la *ro2eta# E' estricto ri/or se )ide la e'er/ía a2sor2ida e' el area de2ao de la cur,a de car/a1 des*la(a)ie'to .ue se co'oce co)o resilie'cia# La ,elocidad .ue ad.uiere la )asa al /ol*ear la *ro2eta .ueda deter)i'ada *or la altura del *'dulo# Tras la rotura1 la )asa co'ti'0a su ca)i'o ?asta lle/ar a u'a cierta altura1 a *artir de la cual se deter)i'a la e'er/ía a2sor2ida# Así se )edirá la e'er/ía a2sor2ida *or ese /ol*e# Las *ro2etas .ue +alla' e' +or)a +rá/il se ro)*e' e' dos )itades1 e' ca)2io a.uellas co' )a-or ductilidad se do2la' si' ro)*erse# Este co)*orta)ie'to es )u- de*e'die'te de la te)*eratura - la co)*osici3' .uí)ica1 esto o2li/a a reali(ar el e'sa-o co' *ro2etas a disti'ta te)*eratura1 *ara e,aluar la eBiste'cia de u'a te)*eratura de tra'sici3' d0ctilF+rá/il# La e'er/ía a2sor2ida *or la *ro2eta 4e' %H51 se *uede )edir calcula'do la di+ere'cia de e'er/ía del *'dulo a'tes - des*us del i)*acto1 )edia'te la altura a la .ue lle/a el *'dulo des*us de ro)*er la *ro2eta ecuaci3' "#"5# El *ro2le)a de este )todo es .ue resulta )u- i'eBacto )edir la altura a la .ue lle/a la )asa1 e'to'ces co)o se sa2e el á'/ulo i'icial del *'dulo 4a5 - la )á.ui'a re/istra el á'/ulo +i'al 4251 )edia'te relacio'es tri/o'o)tricas se lle/a a relacio'ar la e'er/ía a2sor2ida e' +u'ci3' de los á'/ulos - el lar/o del 2ra(o e' la ecuaci3' "#6#
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Eabc =m . g . ( h− h´ )
Eabc =m . g . ( cos β −cos α )
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Cua'ta )a-or sea la +ra/ilidad del )aterial - )e'or su te'acidad )ás +ácil)e'te ro)*erá el *'dulo la *ro2eta - )a-or altura alca'(ará tras el i)*acto# Materiales )u- d0ctiles - te'aces .ue so' ca*aces de a2sor2er /ra'des ca'tidades de e'er/ía de i)*acto *uede' i'cluso resistir el c?o.ue si' lle/ar a ro)*erse e' este caso el ,alor de la resilie'cia .ueda si' deter)i'ar#
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3. RESILENCIA E' )ateriales so)etidos a e+ectos eBteriores i'sta'tá'eos o ,ariacio'es 2ruscas de las car/as1 las .ue *uede' a*arecer circu'sta'cial)e'te1 su rotura se *roduce /e'eral)e'te1 al 'o ace*tar de+or)acio'es *lásticas o *or +ra/ilidad1 au' e' a.uellos )etales co'siderados co)o d0ctiles# Los e'sa-os de c?o.ue deter)i'a' la +ra/ilidad o ca*acidad de u' )aterial de a2sor2er car/as i'sta'tá'eas1 *or el tra2ao 'ecesario *ara i'troducir la +ractura de la *ro2eta de u' solo c?o.ue1 el .ue se re+iere a la u'idad de área1 *ara o2te'erlo .ue se de'o)i'a resilie'cia# Este 'ue,o co'ce*to1 ta)*oco 'os o+rece u'a *ro*iedad de+i'ida del )aterial1 si'o .ue co'stitu-e u' í'dice co)*arati,o de su *lasticidad1 co' res*ecto a las o2te'idas e' otros e'sa-os reali(ados e' id'ticas co'dicio'es1 *or lo .ue se de2e te'er )u- e' cue'ta los disti'tos +actores .ue i'cide' so2re ella# J # A C T I & I D A D E S D E L A P R = C T I C A 4 P R C E D I M I E N T 5 "# Co'ectar - e'ce'der el e.ui*o1 seleccio'ar e' el )odo las co'dicio'es re.ueridas )asa del )artillo1 u'idades de la e'er/ía 4oule5# 7sted o2ser,ará el si/uie'te scree'#
6# Su2ir el )artillo a la *osici3' )ás ele,ada co' la *ala'ca e' *osici3' E'la'c?e 4E'la'c?ada5# Presio'ar el $ot3' co)*e'sate - usted ,erá .ue co)e'(ará a *ar*adear 4listo *ara )edir5#
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;# Lle,ar la *ala'ca ?asta el to*e ce'tral Release 4Soltar5# Te'/a *recauci3' de reali(ar esta *aso a u'a dista'cia de ") e' +re'te de la )á.ui'a - se de2e colocar esas )allas de *rotecci3'# De esta )a'era se reali(a u'a *rue2a e' ,aci3 so2re el e.ui*o#
># El *'dulo desce'derá - s3lo cua'do e' la *a'talla re/istre el ,alor de la e'er/ía *erdida o co)*e'sate1 *odrá retirar el *i' de la *osici3' release - lle,ar la *ala'ca ?asta la *osici3' de $raKe 4+re'o5# A'ote dic?o ,alor#
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J# Cua'do el )artillo est total)e'te estático1 retor'e la *ala'ca a la *osici3' de e'la'c?e o i'icial1 de esta )a'era se desacti,ará el +re'o1 al i/ual i'serte el *i' e' el a/uero dis*uesto *ara este#
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#ara $ue el péndulo per"ane%ca en "ovi"iento
# Ase/ure el )artillo e' u'a *osici3' 2aa *or se/uridad - co' el *asador e' alu)i'io1 co)o se i'dica e' la +i/ura - *osterior)e'te u2i.ue la *ro2eta co' la ra'ura adecuada - utili(a'do la /al/a *ara dic?o ce'trae e' los a*o-os de la )á.ui'a#
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Ciencia e Ingeniería de Materiales # Es 'ecesario .ue utilice ,arias *ro2etas *ara este e'sa-o de )a'era .ue al +i'al *ueda deter)i'ar el *ro)edio del )aterial .ue está e'sa-a'do# No ol,ide re/istrar el co)*e'sate e' cada *rue2a *ues este ,aría de e' relaci3' a las *rdidas *or +ricci3'1 *ara lo cual re*ita los *asos 6 al # E'tre e'sa-o - e'sa-o#
# R ES7LTADS
TABLA Nº1 Para lle'ar la si/uie'te ta2la de2e)os co'siderar los si/uie'tes *u'tos:
Masa 4)5: *ara deter)i'ar la )asa se de2e *esar las *ro2etas a'tes de la eB*erie'cia#
E'er/ía )ostrada *or el i'dicador 4Ei5# Esta e'er/ía se o2tie'e de la )edici3' .ue 'os da la )a.ui'a des*us del e'sa-o#
E'er/ía disi*ada *or +raccio'es 4E+5: esta e'er/ía de2e ser )edida a'tes de cada e'sa-o *ara esto se dea caer li2re)e'te el *'dulo si' i'stalar *ro2eta e' los a*o-os - se a'ota la e'er/ía )ostrada *or el i'dicador#
E'er/ía ci'tica 4EK5: es la e'er/ía 'ecesaria *ara el des*la(a)ie'to de las +raccio'es de *ro2eta lue/o de la rotura .ue *uede ser calculada:
EK
¿
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) v
2
Do'de ) es la )asa de la *ro2eta - & es la ,elocidad de las +raccio'es .ue se asu)e i/ual a la ,elocidad del *'dulo e' el )o)e'to del i)*acto 4, J# )Os5#
E'er/ía de destrucci3' de la *ro2eta4Er5:es la e'er/ía a*roBi)ada usada solo *ara la destrucci3' del a *ro2eta :
Er = Ei − Ef − Ek
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E! E# Ef ENERGÍ E$ m ENERGÍA ENERGÍA A ENERGÍA DE MASA MOSTRAD PROBETA DISIPADA CINETIC DESTRUCCIO DE LA A POR EL S POR A DE N DE LA PROBET INDICADO FRICCIONE LOS PROBETA A (Kg) R S () TRO"OS () () ()
El a'álisis de resultados es u'o de los as*ectos )ás i)*orta'tes al reali(ar u' re*orte# Discuta de )a'era /ru*al o i'di,idual1 los resultados o2te'idos a *artir de la *ráctica reali(ada# # C7ESTINARI "# Cuál es el +actor *ri'ci*al .ue deter)i'a)os co' el e'sa-o de c?ar*- eB*lí.uelo 6# De+i'a el ter)i'o i)*acto ;# $ao .u ti*o de 'or)as se *uede' reali(ar los e'sa-os de i)*acto# ># Cuál es la ,elocidad de i)*acto - la altura i'icial del )artillo# J# Descri2a el ti*o de +ractura *rese'te e' el )aterial - co'clu-a el ti*o de +ractura *rese'te e' el e'sa-o# # Cuál es la e'er/ía a2sor2ida *or cada *ro2eta e' el i)*acto # Ela2ore u'a +ic?a tc'ica co' los resultados o2te'idos e' el e'sa-o resalta'do las características - las *ro*iedades del )aterial .ue +ue so)etido al e'sa-o#
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!i22eler R1 Mecá'ica de Materiales# Tercera Edici3'# Pre'ticeF!all !is*a'oa)erica'a SA# MBico D##1 8J *á/i'as Rile- 1 Mecá'ica de Materiales# Pri)era Edici3'# Li)usa ile-# MeBico D# # Q8 *a/i'as Mott R# Resiste'cia de Materiales A*licada# Tercera Edici3'# PrecticeF !all !is*a'oa)erica'a SA# MeBico D##1 >Q *á/i'as# Norto' R1 Dise@o de Má.ui'as# Pri)era Edici3'# Pre'ticeF!all !is*a'oa)erica'a S#A MBico D##1 "Q>8 *á/i'as# ?tt*:OO#2ue'astareas#co)Oe'sa-osOE'sa-oFDeFI)*actoO>Q66#?t)l
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