LABORATORIO LABORATORIO DE MECÁNICA DE FLUIDOS I ENSAYO DE TRACCION Medina Naranjo Manuel Aristides Facultad de Inenier!a en Mec"nica # Ciencias de la $roducci%n &FIMC$' Escuela Su(erior $olit)cnica del Litoral &ES$OL' *ua#a+uil , Ecuador
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Resu-en Como objetivos de esta práctica es el poder describir el desarrollo del ensayo de tracción, también el poder lograr elaborar la gráfica de esfuerzo deformación, con el cual se podría calcular para el material sometido a carga uniaxial las propiedades de módulo de elasticidad, límite de elasticidad, resistencia de fluencia y la resistencia ultima del material. ste tipo de ensayos consiste en someter a una probeta normalizada a un esfuerzo axial de tracción creciente !asta "ue se produce la rotura de la misma. ste ensayo mide la resistencia de un material a una fuerza estática o aplicada lentamente.
A.stract #!e practice $as based on t!e tensile strengt! test of a corrugated steel beam. %s t!e objectives of t!is practice is to be able to describe t!e development of t!e tensile test, also to be able to produce t!e deformation strain grap!, $it! all t!at can calculate for t!e material subjected a uniaxial load t!e properties of t!e modulus of elasticity, limit limit of lasticity, yield yield strengt! and ultimate strengt! of t!e material. #!is type of test consists in subjecting a normalized specimen to an increasing tensile axial force until rupture occurs. #!is test measures t!e strengt! of a material at a static or slo$ly applied force.
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1ona
/0 Introducci%n n estos ensayos de tracción pueden determinarse diversas características de los materiales elásticos&
FIGURA 1. DIAGRAMA ESFUERZO VS DEFORMACION UNITARIA n esta grafica se puede observar la variación del esfuerzo normal ' σ ( respecto a la deformación unitaria ' ε ( a partir de los resultados tracción.
obtenidos
en
un
ensayo
de
%un"ue estas curvas pueden tener m)ltiples comportamientos seg)n el material del "ue se trate, las tendencias "ue nos interesa estudiar se muestran abajo.
el"stica0
,
las deformaciones producidas en esta zona son elásticas, es decir& desaparecen si se retira la carga. urante el primer tramo, esta zona ex!ibe un comportamiento lineal !asta el límite de proporcionalidad, a partir del cual cambia su tendencia.
FIGURA 3. Z ONA ELÁSTICA DEL DIAGRAMA ESFUERZO -DEFORMACIÓN UNITARIA.
1ona de Fluencia0 2 *e presenta en los metales aleados. stá caracterizada por dos valores de esfuerzo& el punto superior de fluencia y el punto inferior de fluencia. n esta zona y en las siguientes, las deformaciones serán mecánicas sufridos debido a dic!a deformación.
FIGURA 4. Z ONA DE FLUENCIA DEL DIAGRAMA ESFUERZO -DEFORMACIÓN UNITARIA.
FIGURA 2. DIAGRAMA ESFUERZO VS DEFORMACION UNITARIA DE DISTINTOS TIPOS DE MATERIALES. *iendo más detallistas, podremos notar "ue podemos dividir la curva en varias zonas. +ara esto, centraremos nuestra atención en los materiales con zona de fluencia 'por poseer la curva más completa(.
1ona de Endureci-iento (or De3or-aci%n0 2 urante esta etapa, ocurre una disminución
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uniforme de la sección transversal de la probeta a lo largo de su longitud -. para continuar deformando la probeta, se debe aumentar notablemente el valor de la carga aplicada, por ello se dice "ue el material en esta zona se endurece.
M%dulo elasticidad0 / s la pendiente de la
FIGURA 5. Z ONA DE ENDURECIMIENTO DEL DIAGRAMA ESFUERZO -DEFORMACIÓN UNITARIA.
de !aber sido aplicado un esfuerzo el material regresa a sus dimensiones iniciales.
curva de esfuerzo y deformación en la región lineal o elástica es un parámetro "ue caracteriza el comportamiento de un material elástico.
Rei%n el"stica0 , 2ona en la cual después
Rei%n (l"stica0 ,
2ona en la cual el material no puede volver a sus dimensiones iniciales debido a "ue la deformación por el esfuerzo sobrepasó la región elástica.
Endureci-iento (or de3or-aci%n0 , s un fenómeno en el cual un material se vuelve más duro por deformaciones plásticas, esto ocurre por"ue al aplicar esfuerzos grandes la estructura cristalina se ve afectada, aumentando el n)mero de dislocaciones en el material, al aumentar estas dislocaciones se obstruyen entre sí y son necesarios esfuerzos mayores para seguir deformándose es decir el material se va endureciendo.
Estricci%n0 , s la disminución de la sección 1ona de 3or-aci%n de cuello o Estricci%n0 2 n esta fase final ocurre la estricción, "ue consiste en una reducción del área de la sección transversal en una zona específica. ebido a esta reducción, la carga "ue debe ejercer la má"uina de ensayo para deformar la probeta se !ace cada vez menor, aun"ue en realidad el esfuerzo de la probeta va aumentado !asta "ue ocurre la ruptura.
FIGURA 5. Z ONA DE ESTRICCIÓN DEL DIAGRAMA ESFUERZO -DEFORMACIÓN UNITARIA. inalmente, de las curvas nominales de esfuerzo/deformación pueden obtenerse las siguientes propiedades mecánicas&
L!-ite de (ro(orcionalidad0 , s el valor máximo del esfuerzo "ue el sólido puede soportar para "ue el esfuerzo aplicado y la deformación producida sean proporcionales 'zona ley de 0oo1e(.
transversal de la probeta en la parte central de la misma, ocurre por"ue las deformaciones se concentran en la parte central de la probeta a partir de ese punto las deformaciones van a acumularse !asta llegar al punto de rotura.
Es3uer4o de 3luencia0 , sfuerzo en el cual las deformaciones dejan de ser elásticas, apartar de este punto el material no puede regresar a su estado inicial.
Es3uer4o 5lti-o0 , s el máximo esfuerzo "ue el material puede soportar, a partir de a"uí la probeta puede seguir deformándose incluso con esfuerzos menores "ue el )ltimo.
Fractura0 , +unto en el "ue el material cede y ya no puede deformarse más produciendo una fractura en el mismo.
De3or-aci%n (er-anente0 / +unto en el cual el material ya no regresa a su estado inicial,
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es decir "ue el límite de elasticidad !a sido rebasado.
60 E+ui(os e Instru-entaci%n /' Ma+uina uni7ersal de ensa#o
90 $rocedi-iento E;(eri-ental +ara esta práctica se trabajaron con condiciones ambientales normales, temperatura entre 34 y 54 6C.
Modelo= Marca= Serie: Codigo ESPOL: Responsable laboratorio: Codigo inventario:
spol spol *<* ->/>=/443 #nlgo. ?ictor uadalupe . 33A53
6' 8arilla de acero
*e empezó preparando la probeta con la "ue se iba a trabajar, cortándola para "ue tenga una longitud inicial de 784 9mm: y un diámetro de 8 9mm:, luego se procedió a ubicarla en las mordazas de la ma"uina universal de ensayo, una vez se !aya asegurado la probeta se inicia el soft$are para poder obtener los datos de tiempo y carga aplicada, el parámetro inicial "ue se le dio al soft$are para fue de una velocidad de carga de ; 9mm
9' So3t:are (ara ad+uisici%n de datos del ensa#o
<0 Resultados Página 4 | 8
ensayos o una mala colocación de la pieza en las mordazas del e"uipo. +odemos decir "ue es un material con poca ductilidad ya "ue el porcentaje de alargamiento e"uivale a un 5.8DB y es un porcentaje pe"ueHo.
?0 Conclusiones # Reco-endaciones
GRAFICA 1. DIAGRAMA ESFUERZO VS DEFORMACIÓN UNITARIA
T ABLA NO 1. COMPARACIÓN DE RESULTADOS CON VALORES TEÓRICOS . #ipo de material +ropiedad
ensayo
teórica
>odulo elástico 9+a: Eesistencia de fluencia9>+a:
38.43
35.D
B error A.A
378
344
;.8
Eesistencia ultima9>+a: Eesistencia de ruptura9>+a:
759,14 6 759,14 6
;74
A.3
AFF
74.5D
Eesiliencia 9>+a: #enacidad 9>+a:
58.8FD
53.8
.DF
78D.3DF
7A.
.37
>0 An"lisis de los Resultados %l realizar el análisis de los valores "ue se obtuvieron y de los valores "ue se encuentran en la tabla Go 7 podemos notar "ue los errores de estos son menores del 73B , considerando "ue pudieron existir fallas en la calibración en la ma"uina universal de
+ara la realización de este tipo de ensayos se logró poder caracterizar las propiedades mecánicas de un metal mediante su comportamiento tensión/deformación. %sí como también el poder calcular por medio de la gráfica valores como el modulo elástico, la resistencia de fluencia, la resistencia ultima, la resistencia de ruptura, la resiliencia y la tenacidad
Reco-endaciones #ener un control mejor sobre los valores "ue arroja el soft$are ya "ue como se observa la diferencia entre los valore teóricos es pe"ueHa, y puede llegar al caso de "ue esto no sea así
@0 Re3erencias Bi.lior"3icas Fuentes de In3or-aci%n [1] Mecatronica-ipns1.bogspot.co!. "2#16$. %esistencia a a ce&encia o '(encia. [onine] )*aiabe at+ ttp+!ecatronicaipns1.bogspot.co!2#15#7resiste ncia-ace&encia-o-'(encia.t! [2] )sean&, /. %., P(0 P. P. "2##3$ a ciencias e ngeniera &e os !ateriaes, M0ico, /.. o!son, (arta e&icin. [3] ciencia para e !eta !ecánico. con:or!acin &e os !etaes;. /i*isin /e n&(stria. artia <= 22 >ena. ?&itoria >ecciones P@bicas /ireccin Aenera enero 1998.
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0 Ane;os C"lculos (ara la o.tenci%n del diara-a es3uer4o,de3or-aci%n unitaria F σ = A σ =esfuerzo F =fuerzaaplicada
A = area de secciontransversal
6 5 4 # /E,@ ,6E,> // ,
2
Α = π ∗ D / 4
3 2 / ,69<9 + 9,2077
Resistencia de 3luencia
I diámetro de la probeta 1 kgf 2
σ =
GRAFICA 2. REPRESENTACIÓN DE LA CURVA EQUIVALENTE A LA DEL DIAGRAMA.
π ∗( 5 mm ) / 4 1 kgf
∗9.8 N =0.4991099 MPa
e la gráfica 3 se obtiene la resistencia de fluencia del material obtenida a través de una línea paralela a la curva desde el 3B de elongación seg)n la norma %*#> F/> y es aproximadamente de 3D4>+a
Resiliencia= ε=
Δ l lo
ε =deformacionunitaria Δl = variacion de longitud de la probeta
lo=longitud inicialde la probeta Δ l= v∗ Δ t
IMAGEN 1. REPRESENTACIÓN DEL ÁREA =rI 0.0318
v =velocidad deaplicacion dela fuerza
∫
−(1 ! + 7 6 + 2 ! + 5 5−0,0011 4 + 0,0081 3+ 0,2343
0
Δ t = variaciondetiempo mm ∗1 min min ∗2.574 s 7 60 s ε= =0.002002 150 mm
dx =rI 58.8FD >+a
Tenacidad=
Ecuaci%n de la ra3ica
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0.0437
" = ∫ −( 1E+7 + 2E+5 − 0,0011 + 0,0081 + 0,234 6
5
4
0
dx T I 78D.3DF >+a
Resistencia a la rotura= IMAGEN 2. REPRESENTACIÓN DEL ÁREA
=ltimo punto de la gráfica&
σ r I 759,14616 >+a
M%dulo de elasticidad= +endiente de la zona elástica de la gráfica 3 obtenida mediante el programa xcel I3F.43 +a
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3
Datos arrojados (or el so3t:are del ensa#o de tracci%n # tra.ajados en E;cel
