Prueba de tensin

Prueba de tensin

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Prueba de tensin

Maestro: Dr. Francis AvilsEquipo # 4 Arturo de los Santos PereraOscar Quintal AragnSal Arcique SuarezWilberth Gonzales BolioAntonio CamposComportamiento de materialesEquipo 42015Prueba de tensinContenidoObjetivo3Introduccin3Materiales y mtodos4Resultados y discusiones6Conclusin10Referencias11Apndice A12

ObjetivoAnalizar el comportamiento de materiales metlicos (aluminio y acero) al ser sometidos a un esfuerzo de tensin uniaxial, y caracterizar alguna de sus propiedades mecnicas principales.Construir e interpretar la grfica esfuerzo-deformacin de cada material, comparar la adquisicin de datos por medio de la mquina de pruebas universal (MPU) y las galgas extensiometricas

Introduccin

Muchos materiales cuando estn en servicio estn sujetos a fuerzas o cargas. En tales condicione es necesario conocer las caractersticas del material para disear el instrumento donde va a usarse de tal forma que los esfuerzos a los que vaya a estar sometido no sean excesivos y el material no se fracture. El comportamiento mecnico de un material es el reflejo de la relacin entre su respuesta o deformacin ante una fuerza o carga aplicada.El termino prueba de tensin se usa normalmente a la hora de hablar de pruebas en los cuales una probeta preparada es sometida a una carga uniaxial gradualmente creciente y esttica hasta que ocurre la falla. En una prueba de tensin simple, la operacin se realiza sujetando los extremos opuestos de la pieza de material y separndolos obteniendo un alargamiento.Para esta prueba utilizaremos la MPU para obtener datos de posicin contra carga aplicada y tambin utilizaremos una galga extensiometrica que mediante el acondicionamiento de la seal en un puente de Wheatstone tendremos la relacin de la carga contra la deformacin unitaria.Para poder obtener nuestras propiedades ser necesario utilizar las siguientes formulas:Esfuerzo Ecuacin (1) Donde P es la carga dada en Newton, el rea A en y el esfuerzo en .Deformacin unitaria Ecuacin (2) Donde la es la el cambio de posicin en la es la longitud inicial y es la deformacin unitaria que es adimensional.Modulo elsticoE = Ecuacin (3) Donde la E est dada en

Materiales y mtodos

Como primer paso se fabricaran una probeta de aluminio y otra de acero (ver Figura.-1) bajo las normas ASMT E8, en las cuales pegaremos una galga extensiometrica con sus respectivos cables (para ms informacin consultar apndice A).

Figura 1a Probeta de aluminio Figura 1b Probeta de acero

Figura 2 medicina. Medicin de las probetas:Antes de comenzar a realizar la prueba de tensin se deben tomar las respectivas medidas dimensionales de las probetas. Este procedimiento de medicin es efectuado con un gran cuidado y debe implementarse la correcta utilizacin del vernier. Ver figura 2Para tomar las medidas de nuestras probetas utilizaremos las unidades del sistema mtrico internacional (SI) expresando dichas medidas en milmetros (mm).

Tabla 1 medidas promedio de la probeta de aluminiorea (mm)L(mm)Ancho(mm)Espesor(mm)Largo total(mm)

94.686151.1114.686.45238

Tabla 2 medidas promedio de la probeta de acerorea (mm)L(mm)Ancho(mm)Espesor(mm)Largo total(mm)

41.344896.2212.883.21200.12

Figura 3 probeta en MPUb. Programacin y puesta a punto de la maquina universal de ensayos:Paso siguiente con la ayuda del encargado le laboratorio o el docente procedemos a calibrar y programar el software de la maquina universal para poder realizar la prueba de tensin segn los parmetros establecidos. Tambin sujetamos la probeta mediante las mordazas dejando el rea efectiva lista para la prueba. Ver figura 3

De igual manera introducimos los parmetros necesarios para que el puente de wheatstone pueda trabajar como por ejemplo GF factor de galga, su resistencia y conectamos los cables de la galga. Ver figura 4.

Figura 4 Puente de wheatstone

c. Utilizaremos el mtodo de desviacin .2% para determinar la resistencia de cedencia de las grficas esfuerzo-deformacin donde trazaremos una recta para poder trabajar en un rango lineal elstico y hacer validas nuestras formulas. Ver figura 5.

Figura 5 mtodo de desviacin

d. Realizacin de la prueba y toma de los datos:La mquina universal impone la deformacin desplazando el cabezal mvil a una velocidad seleccionable, en este caso utilizamos 2.66 mm/min. La celda de carga conectada a la mordaza fija entrega una seal que representa la carga aplicada load en Kg. La mquina tambin poseen un potencimetro lineal el cual toma los datos de posicin los cuales denomina Position en milmetros (mm); resultando as una tabla de datos donde tenemos una relacin de la carga y el estiramiento del material.Entonces utilizaremos una hoja de clculo de Excel para utilizar la ecuacin 1 y poder obtener el esfuerzo, tomando en cuenta que la carga arrojada por la MPU necesita ser multiplicada por la constante de la gravedad , para poder utilizarla en newton, y para obtener la deformacin unitaria aplicaremos la ecuacin 2 donde es el desplazamiento conforme va incrementando la carga.Para la parte del puente de wheatstone igual obtendremos una relacin de datos, pero en este caso estar dado por carga en relacin a la deformacin unitaria, donde el esfuerzo se calcula igual que en la MPU.Entonces el modulo elstico en los material de prueba los podemos obtener mediante la ecuacin 3.Resultados y discusiones

Una vez realizada las pruebas de tensin procederemos a caracterizar nuestras probetas y comprobar los mtodos utilizados.Para la probeta de aluminio podemos observar en la figura 6 el momento en que se fractura observando unos en cuellamiento aproximadamente de 45 grados y tomando en cuenta que al momento de realizar la prueba la galga extensiometrica se despeg antes de llegar a la fractura, pudiendo tener un rango de error.

Figura 6 fractura probeta de aluminioPara esta probeta pudimos obtener los datos de la MPU: Tabla 3 datos probeta aluminio MPU

206.27870.031054225.32210.11216642.580666134.1950.131655

Donde es el esfuerzo y es la deformacin en el punto de cendencia, y son esfuerzo y deformacin ltima o mxima, y es le modulo elstico del aluminio en esta prueba, por ultimo y son el esfuerzo y deformacin de fractura como bien demostramos en la grfica de la figura 7

Figura 7 Grafica del aluminio MPU

En comparacin con los datos obtenidos mediante la galga extensiometrica y el puente de wheatstone son:Tabla 4 datos de la probeta de aluminio mediante la galga

207.2120.001346227.62510.0000127153946.508

Aqu podemos observar que no tenemos ni porque la galga se despeg antes de la fractura, donde la grfica es la figura 8

Deformacin Figura 8 grafica probeta de aluminio Galga

Comparando los datos tericos en el libro de Mecnica de materiales podemos darnos cuenta que el modulo elstico para el aluminio est dado por , donde observamos que los datos obtenidos en los mdulos elsticos por cual quiera de los dos mtodos estn muy lejanos a los del libro, siendo por medio de la MPU y por medio de la galga.A continuacin caracterizaremos la probeta de acero despus de aplicarle la prueba de tensin como podemos ver en la figura 9.

Figura 9 Fractura probeta de acero

Pudiendo observar en estas figuras que la probeta fallo cerca de la mordaza superior, esto nos hace pensar en un maquinado incorrecto o alguna imperfeccin interna del material que obligo a la probeta fallar cerca de los bordes donde se encuentran ms concentracin de esfuerzos.Para los datos de la MPU tenemos la siguiente tablaTabla 5 datos de la probeta de acero MPU E

197.411040.04329246287.33740.1734994559.94099186.9710.206364

Donde la grfica segn lo datos de la MPU est dada por la figura 10

Figura 10 grafica probeta de acero MPUAhora utilizaremos los datos obtenidos por la galga, tomando en cuenta que la galga se despeg antes de la fractura de la probetaTabla 6 datos obtenidos por la galga y el puente de wheatstone _y (Mpa)E acero(Mpa)

272.86380.00401867910.3534

Aqu supusimos que el esfuerzo de cedencia es igual al esfuerzo ltimo ( como podemos ver en la grfica de la figura 11 ya que la obtencin de datos paro antes de que falle la probeta por despegarse la galga

Figura 11 grafica probeta de acero galga

Aqu podemos observar que los mdulos elsticos obtenidos con la MPU 4.59 y 67.910 obtenido con la galga siguen siendo muy lejanos al dato terico que tiene un valor de 200

Conclusin

De lo antes obtenido podemos concluir que el diseo de nuestra probeta y el maquinado podra ser un factor para elevar los errores a la hora de caracterizar el material, aunque por fines didcticos solo pudimos probar 1 probeta por tipo de material, lo adecuado seria, hacer diferentes pruebas a varias probetas para elevar la probabilidad de obtener datos ms certeros. Utilizando las galgas pudimos notar que los datos se acercaban un poco ms a los datos tericos, aun as quedndose muy lejos, ya que pudo haber influido que se despegaran antes de llegar a su punto de fractura.Con esto nos ayuda a comprender un poco ms sobre los comportamientos que pueden generar algunos materiales en este caso aluminio y acero a la hora de realizar una prueba de tensin.Referencias

Hibbeler R, Mecnica de Materiales. Tercera Edicin. Prentice-Hall Hispanoamericana SA. Mxico D.F., 856 pginas Riley W, Mecnica de Materiales. Primera Edicin. Limusa Wiley. Mxico D. F. 708 paginas Mott R. Resistencia de Materiales Aplicada. Tercera Edicin. Prentice-Hall Hispanoamericana SA. Mxico D.F., 640 pginas. Norton R, Diseo de Mquinas. Primera Edicin. Prentice-Hall Hispanoamericana S.A Mxico D.F., 1048 pginas.

Apndice A

Su principio de funcionamiento se basa en el efecto piezorresistivo de metales y semiconductores segn el cual, su resistividad vara en funcin de la deformacin a la que estn sometidos, el material de que est hecho.Por lo tanto el cambio en la resistencia es:

Donde R es la resistencia elctrica es la relacin de Poisson y E el modulo elstico del material. El cambio en resistencia de un medidor de deformacin por lo general se expresa en trminos de un parmetro determinado por el fabricante empricamente llamado factor de galga, GF expresado como:

Relacionando las ecuaciones se observa que el factor de galga depende de la razn de Poisson para el material del medidor y su piezorresistividad.Pasos Para pegar a galga:1- Se mand hacer una probeta segn las especificaciones de las normas E 8M 01, de la ASTM. 2- Se lijo la probeta en la seccin central de la probeta en donde se pegara la galga. Esto se debe a que se tiene que quitar todas las impurezas y obtener una mejor fijacin de la galga.3- Se marca el punto central de la probeta para una colocacin correcta de la galga.4- Con una adherente se fija la galga teniendo en cuenta la cara frontal de la galga.5- Se sueldan 3 cables, un nodo y dos ctodos6- se coloca una cinta de proteccin cerca de las terminales soldadas para evitar desprendimiento.7- Medir la resistencia con un multmetro y verificar con la hoja de especificacin de la galga que sea la correcta. .

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Equipo 4