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UNSAAC-ING. MECANICA
UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO
ABAD DEL CUSCO
INGENIERIA MECANICA
SEMESTRE 2014-II
MODULO DE ENSAYO DE FLEXION NOMBRE Huillca Coa, Dino Chavez Alvarez, Anthony Roger Yupanqui Huaman, Wilson Huallpacuna Soto, Jhonatan Colquehuanca Calloquispe, Jose Luis Farfan Quispe, Jhon Huillca Huaman, Alex Auccacusi Pereyra, Alex Cusicuna Valenzuela, Ronald Ayma Marca, Elmer Garcia Yepez, Erick Condori Apaza, Victor
Cusco-Perú
LABORATORIO DE RESISTENCIA DE MATERIALES
UNSAAC-ING. MECANICA
INTRODUCCIÓN
En ingeniería se denomina flexión al tipo de deformación que presenta un elemento
estructural alargado en una dirección perpendicular a su eje longitudinal. El término
"alargado" se aplica cuando una dimensión es dominante frente a las otras. Un caso
típico son las vigas, las que están diseñas para trabajar, principalmente, por flexión.
Igualmente, el concepto de flexión se extiende a elementos estructurales superficiales
como placas o láminas. El esfuerzo de flexión puro o simple se obtiene cuando se
aplican sobre un cuerpo pares de fuerza perpendiculares a su eje longitudinal, de
modo que provoquen el giro de las secciones transversales con respecto a los
inmediatos.
ANTECEDENTES:
La mecánica de fractura ha estado presente desde la época neolítica cuando el
hombre inventó la técnica para producir herramientas de piedra con mayor o menor
sofisticación, en tiempos de paz o guerra; espadas, hachas y otra herramientas que
requerían poco conocimiento de porque se quebraban y se astillaban nos indican de
que nuestros antepasados conocían ya la Mecánica de Fractura.
Problemática
Ante la no existencia de una banco o módulo de flexión en la carrera de ingeniería
mecánica, nosotros los estudiantes nos vemos obligados a hacer nuestros propios
módulos, para tener así un mejor entendimiento sobre la resistencia de los materiales.
OBJETIVOS DEL TRABAJO
Con el objetivo de contribuir con la misión de la Universidad, de atender las
necesidades de aprendizaje de los estudiantes, y de promover la investigación en
diferentes campos de la ingeniería se hace necesaria la construcción de un equipo
que permita determinar el punto de falla de diferentes materiales sometidos a una
carga axial.
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Diseño del banco de pruebas
Se diseña un banco de pruebas haciendo uso de una prensa que ya se tiene en
nuestro centro de producción “Maquicentro “usando este prensa como base para
elaborar nuestro banco de pruebas.
La idea nace debido a que la prensa se encuentra abandonada en nuestro centro de
producción y se le daría un mejor uso al usar ya la estructura que tiene para hacerles
unos arreglos de tal manera de que se pueda usar como un banco de pruebas de
flexión de los materiales.
La idea sobre el banco de pruebas se observa en la siguiente figura.
Debido a la investigación que se hizo pudimos ver que un buen banco de pruebas se
puede realizar con dos soportes que sostendrán las probetas de los diferentes
materiales a la cual se le aplicara una carga la cual será proporcionada por la prensa.
Las probetas según diseño podrán ser de sección circular, cuadrada o rectangular en
la cual en uno de sus lados será fijo para lo cual se propone que las probetas tengan
un lado agujereado para poder fijarlo a la mesa y el otro lado será libre que podrá
moverme libremente.
Justificación
La construcción del banco de ensayos además de servir como una herramienta de
apoyo para los docentes de nuestra casa de estudios, se convierte en un
complemento para el aprendizaje que le permita al estudiante comprender de una
manera más fácil y profunda el fenómeno de la flexión en los diferentes materiales.
GENERALIDADES
Historia de banco de flexión
Desde la época de Leonardo Da Vinci, en sus anotaciones en el Código Atlántico,
estudió los esfuerzos en las fibras de hierro y se tiene la primera evidencia de un
ensayo de materiales.
Galileo Galilei estudió los esfuerzos en fibras de hierro de diferentes longitudes pero
con un mismo diámetro.
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En 1705 Jacob Bernoulli, quien estudió el descenso y la curvatura en una viga en
cantiléver, aseguró sobre la base de la ley de Hooke (el desplazamiento de un cuerpo
elástico es proporcional a la carga que lo producía) que “la curvatura en cualquier
punto de una barra flexionada era proporcional al momento resistente en ese punto”.
Leonard Euler (1707 – 1783) estudio bajo la supervisión del hermano de Bernoulli,
John, asumiendo como cierta la relación entre momento y curvatura.
En el curso de los años y después de que muchos de los problemas fundamentales de
la mecánica de los materiales han sido resueltos, fue necesario usar matemáticas
avanzadas y técnicas de computación para resolver problemas más complejos.
Desde la década de los años sesenta se han venido empleando intensamente
programas de cómputo (NASTRAN, ANSYS, ABAQUS, GT-STURDL) para hacer los
cálculos numéricos necesarios para diseñar sistemas y estructuras mecánicas.
Importancia y aplicaciones del módulo de flexión
La principal aplicación que tendríamos con este módulo es la comprobación
experimental del comportamiento de los materiales bajo distintas circunstancias de
trabajo. En este caso a acciones de flexión.
La importancia de nuestro banco , viene dado, por la comprobación y comparación de
los cálculos teóricos con los cálculos experimentales.
CÓMO FUNCIONA EL BANCO DE FLEXIÓN
Si las fuerzas que actúan sobre un cuerpo tienden a inducir una solicitación de tracción
en una parte de su sección transversal, y una solicitación de compresión en la sección
restante, entonces el cuerpo está sometido a flexión.
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En la figura, se indica una probeta de sección rectangular sometida a una fuerza en el
centro. En la parte central de dicha figura, se indica el diagrama de fuerzas cortantes
y, a continuación, en la parte inferior, se indica el diagrama de momento flector
correspondiente.
Elementos y componentes del módulo de flexión
En nuestro módulo de flexión tenemos:
Eje de apoyo
Base de apoyo de probeta
Base de nivelación
Seguro de eje
Tuerca M6-S
perno m6 x 50 x 18-s
placa de fijación
base de apoyo de probeta
soporte de eje
base móvil
placas guías laterales
soporte fijo
probeta
Ubicación geográfica del local
Ubicación del diseño y montaje del modulo
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Definición de deflexión
En ingeniería se denomina flexión al tipo de deformación que presenta un elemento
estructural alargado en una dirección perpendicular a su eje longitudinal. El término
"alargado" se aplica cuando una dimensión es dominante frente a las otras. Un caso típico
son las vigas, las que están diseñadas para trabajar, principalmente, por flexión.
Igualmente, el concepto de flexión se extiende a elementos estructurales superficiales
como placas o láminas.
El rasgo más destacado es que un objeto sometido a flexión presenta una superficie de
puntos llamada fibra neutra tal que la distancia a lo largo de cualquier curva contenida en
ella no varía con respecto al valor antes de la deformación. El esfuerzo que provoca la
flexión se denomina momento flector.
MATERIAL DEL MODULO
1. PLANCHAS ACERO A-36
2. EJE DE ACERO A-36
3. VIGA DE PERFIL “C”
4. PERNOS DE SUJECIÓN
EQUIPOS PARA EL DISEÑO DEL MODULO
1. MAQUINA HERRAMIENTA (TORNO Y TALADRO)
2. MAQUINA DE SOLDAR POR ARCO ELECTRICO
3. ESMERIL
4. BANCO DE PRESION
HERRAMIENTAS
1. ARCO Y SIERRA
2. ESCUADRAS
3. VERNIER
4. METRO
5. ELECTRODOS
6. MARTILLO
7. LIMADORA
8. LIJA
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DISEÑO DEL MODULO DE FLEXION
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ENSAMBLAJE DE MODULO
1. SOPORTE DE APOYO DEL EJE
2. SOPORTE FIJO
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3. AJUSTE DE LA PROBETA
4. BANCO DE FLEXION FINAL
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FABRICACION DEL MODULO
La fabricación del módulo se realizó en el maquicentro siguiendo los siguientes pasos:
1. Medición y corte de las planchas
2. Torneado y dimensionamiento del eje
3. Taladrado de las planchas a la dimensión del eje
4. Taladrado de las planchas a la dimensión de los pernos de sujeción
5. Corte a medida de los soportes
6. Unión de las planchas y soportes por medio de soldadura
INSTALACION DEL MODULO
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CALCULO TEORICOS DE ESFUERZOS
CALCULO PARA HALLAR EL DIAMETRO DEL PERNO.
La fuerza externa es igual a la relacion entre la fuerza externa total y el numero de
pernos:
𝐹𝑒 =𝐹𝑒𝑡
𝑛𝑏=
98100
4= 24525𝑁 = 24525 ∗
2.2046
9.8066= 5513.41𝑙𝑏𝑓
De acuerdo al catalogo seleccionamos un perno de alta resistencia SAE grado 8.
𝑆𝑦 = 130 𝑘𝑠𝑖
Entonces :
𝐴𝑡 = (6𝐹𝑒
𝑆𝑦)
23
= (6 ∗ 5513.41
130000)
23
= 0.40156
𝑑 = 0.71504
Escogemos un perno de ¾ in.
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𝑌𝑚𝑎𝑥 = −𝑃𝐿3
48𝐸𝐼 en X = L/2
Barra cuadrada 𝐼 =𝐵∗𝐻3
12
Barra circular 𝐼 =𝜋∗𝑅4
4
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INSTRUMENTACIÓN Y OPERACIÓN DEL BANCO
INSTRUMENTACIÓN
En el siguiente apartado se va a describir el proceso mediante el cual el banco de prueba
arroja los resultados de las mediciones necesarias para el ensayo. En este apartado se
quiere resaltar la importancia de la instrumentación propuesta en la investigación, ya que
se hace necesario el estudio exhaustivo de la medición requerida para la evaluación y
análisis de la probeta en sí.
No se puede hacer análisis de las probetas en bancos de prueba si no se tiene un
ambiente controlado del mismo, que arroje la seguridad necesaria para conocer las
condiciones exactas a la que está siendo estudiada la probeta. Es por esto que la
instrumentación es el modo de conocer los parámetros en lo que se está realizando el
ensayo y la certificación de los procesos cada vez que se quiera hacer repeticiones de los
experimentos.
OPERACIÓN
Ya concluido el banco, proseguimos con la operación que nos llevara a hallar las
incógnitas, para esto explicaremos paso a paso las operaciones a seguir.
Emplazamos los soportes de acuerdo a la medida de la probeta
Colocación de la probeta: La probeta se ajusta un extremo con los cuatro pernos
de sujeción, mientras que el otro se apoya en el eje móvil.
Aplicamos la fuerza de la gata hidráulica: Dicha fuerza debe ser dirigida al punto de
análisis en el que queremos trabajar.
Toma de datos experimentales: Después del ensayo, existirá una deflexión, el cual
nos dirá cuanto es que se ha deformado el material. Y con datos de tablas para
dicho material calcularemos la fuerza que ejerce la gata sobre la probeta.
Por ultimo comparamos los resultados con datos teóricos.
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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
El banco de prueba está diseñado para probetas de metales de mayor flexibilidad, por ejemplo acero 200.
Los resultados obtenidos en el diseño del Banco de Prueba tienen que ser validados de manera experimental.
Las piezas evaluadas en las simulaciones con elemento finito y cuyos resultados se presenciaron zonas con esfuerzos mayores al esfuerzo de fluencia, se produjo debido a la forma y ubicación de estas concentraciones y no se puede percibir si en la realidad la falla será generada de esa forma como se presenta en la simulación. Sin embargo, se sugiere que al momento de construir el banco se verifiquen los datos arrojados en estas zonas de falla, para certificar la resistencia del mismo.
Se concluye que en las zonas analizadas con elemento finito donde los esfuerzos superaron fluencia, son zonas de incertidumbre porque están situadas en zonas donde las condiciones de borde son una aproximación a la realidad.
Una vez seleccionado los elementos estructurales que conforman el banco se diseña el manual de operaciones que ayudará al entrenamiento del personal para garantizar el buen funcionamiento del banco de prueba.
No se puede hacer análisis de las probetas en bancos de prueba si no se tiene un ambiente controlado del mismo, que arroje la seguridad necesaria para conocer las condiciones exactas a la que está siendo estudiada la probeta.
Los planos presentados en la investigación facilitarán la elaboración y construcción del Banco de Prueba.
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