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• Juan Antonio Olivero Torres

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TRABAJO DE LABORATORIO DE RESISTENCIA DE MATERIALES

PRESENTADO AL ING. JORGE PEÑA

ESTUDIANTES: FABIO MONTENEGRO JUVENAL VIZCAINO

GRUPO: HD

TEMA: ENSAYOS DE LABORATORIO DE RESISTENCIA DE MATERIALES

FECHA: 08/08/14

INTRODUCCION. Las propiedades mecánicas de los materiales nos permiten diferenciar un material de otro ya sea por su composición, estructura o comportamiento ante algún efecto físico o químico, estas propiedades son usadas en dichos materiales de acuerdo a algunas necesidades creadas a medida que ha pasado la historia, dependiendo de los gustos y propiamente de aquella necesidad en donde se enfoca en el material para que este solucione a cabalidad la exigencia creada.

La mecánica de materiales estudia las deformaciones unitarias y desplazamiento de estructuras y sus componentes debido a las cargas que actúan sobre ellas, así entonces nos basaremos en dicha materia para saber de que se trata cada uno de estos efectos físicos, aplicados en diferentes estructuras, formas y materiales. Esta es la razón por la que la mecánica de materiales es una disciplina básica, en muchos campos de la ingeniería, entender el comportamiento mecánico es esencial para el diseño seguro de todos los tipos de estructuras.

MARCO TEORICO DEFORMACIÓN REAL Y UNITARIA La deformación es el proceso por el cual una pieza, metálica o no metálica, sufre una elongación por una fuerza aplicada en equilibrio estático o dinámico, es decir, la aplicación de fuerzas paralelas con sentido contrario; este puede ser resultado, por ejemplo de una fuerza y una reacción de apoyo, un momento par o la aplicación de dos fuerzas de igual magnitud, dirección y sentido contrario (como es el caso de los ensayos de tensión y compresión). La deformación de cualquier pieza está relacionada con varias variables, como son el área transversal a la aplicación de la fuerza (es decir, que la fuerza y el área formen un ángulo de 90º), la longitud inicial de la pieza y el módulo de elasticidad (al cual nos referiremos más adelante).

Luego tenemos una primera fórmula para hallar la deformación de un material:

δ= (PL)/(AE) Donde:

P: Fuerza aplicada a la Pieza

L: Longitud Inicial de la Pieza

A: Área transversal a la aplicación de la fuerza

E: Modulo de Elasticidad del Material

Maquina de prueba de tensión.

Graficas

Diagrama Esfuerzo – Deformación unitaria

Para entender a la perfección el comportamiento de la curva Esfuerzo-Deformación unitaria, se debe tener claro los conceptos que hacen referencia a las propiedades mecánicas de los materiales que describen como se comporta un material cuando se le aplican fuerzas externas, y a las diferentes clases de estas mismas a las cuales pueden ser sometidos. TIPOS DE FUERZAS. Fuerzas de tensión o tracción: La fuerza aplicada intenta estirar el material a lo largo de su línea de acción.

Fuerza de Flexión: Las fuerzas externas actúan sobre el cuerpo tratando de “doblarlo”, alargando unas fibras internas y acortando otras.

Fuerzas de compresión: la Fuerza aplicada intenta comprimir o acotar al material a lo largo de su línea de acción.

Fuerza de Cizalladura o cortadura: Las fuerzas actúan en sentidos contrarios sobre dos planos contiguos del cuerpo, tratando de producir el deslizamiento de uno con respecto al otro.

Fuerza en torsión: la fuerza externa aplicada intenta torcer al material. la fuerza externa recibe el nombre de torque o momento de torsión.

Cualquier fuerza externa que se aplique sobre un material causa deformación, la cual se define como el cambio de longitud a lo largo de la línea de acción de la fuerza.

Para estudiar la reacción de los materiales a las fuerzas externas que se aplican, se utiliza el concepto de esfuerzo.

El esfuerzo tiene las mismas unidades de la presión, es decir, unidades de fuerza por unidad de área. En el 2

2

sistema métrico, el esfuerzo se mide en Pascales (N/m ). En el sistema inglés, en psi (lb/in ). En aplicaciones de ingeniería, es muy común expresar el esfuerzo en unidades de Kg /cm. 

Deformación Simple

Se refiere a los cambios en las dimensiones de un miembro estructural cuando se encuentra sometido a cargas externas.

Estas deformaciones serán analizadas en elementos estructurales cargados axialmente, por lo que entre las cargas a estudiar estarán las de tensión o compresión. 

Ejemplo

- Los miembros de una armadura. - Las bielas de los motores de los automóviles.

- Los rayos de las ruedas de bicicletas.

- Etc.



Deformación unitaria

Todo miembro sometido a cargas externas se deforma debido a la acción de fuerzas.

La deformación unitaria, se puede definir como la relación existente entre la deformación total y la longitud inicial del elemento, la cual permitirá determinar la deformación del elemento sometido a esfuerzos de tensión o compresión axial.

Por lo tanto la ecuación que define la deformación unitaria un material sometido a cargas axiales está dada por:

PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS MATERIALES. Resistencia mecánica: la resistencia mecánica de un material es su capacidad de resistir fuerzas o esfuerzos. Los tres esfuerzos básicos son: 

Esfuerzo de Tensión:

Es aquel que tiende a estirar el miembro y romper el material. Donde las fuerzas que actúan sobre el mismo tienen la misma dirección, magnitud y sentidos opuestos hacia fuera del material. Como se muestra en la siguiente figura. Y viene dado por la siguiente fórmula:



Esfuerzo de compresión:

Es aquel que tiende aplastar el material del miembro de carga y acortar al miembro en sí. Donde las fuerzas que actúan sobre el mismo tienen la misma dirección, magnitud y sentidos opuestos hacia dentro del material. Como se muestra en la siguiente figura. Y viene dado por la siguiente fórmula:



Esfuerzo cortante:

Este tipo de esfuerzo busca cortar el elemento, esta fuerza actúa de forma tangencial al área de corte. Como se muestra en la siguiente figura. Y viene dado por la siguiente fórmula:

Esfuerzo a tracción, compresión y cizallado

Esfuerzo a tracción La intensidad de la fuerza (o sea, la fuerza por área unitaria) se llama esfuerzo, las fuerzas internas de un elemento están ubicadas dentro del material por lo que se distribuyen en toda el área, la cual se denota con la letra σ (sigma), estas hacen que se separen entre si las distintas partículas que componen una pieza, si tienden a alargarla y estas se encuentran en sentido opuesto se llama esfuerzo de tracción.

Esfuerzo de tracción.



Esfuerzo a compresión

El esfuerzo de compresión es el resultante de las tensiones o presiones que existe dentro de un sólido deformable, se caracteriza porque tiende a una reducción de volumen o acortamiento en determinada dirección, ya que las fuerzas invertidas ocasionan que el material quede comprimido, también es el esfuerzo que resiste el acortamiento de una fuerza de compresión

Esfuerzo de compresión

Cuerpo del trabajo  Propiedades mecánicas del ensayo de compresión

max): Tensión máxima de tracción que ha soportado la probeta durante el ensayo. R): Tensión de tracción soportada por la probeta en el momento de su rotura. Se calcula a partir de la fuerza de tracción soportada por la probeta dividida por su sección transversal. Y): Es la máxima tensión que el material es capaz de mantener sin desviación de la ley de Hooke, es decir es una medida de su resistencia a la deformación elástica. Se expresa en Fuerza por unidad de área, generalmente MPa.

Gráfica

Probeta de ensayo de compresión:

Dimensiones: L= 170mm Lo= 80mm

Materiales de fabricación de las probetas son: Acero de bajo carbono, latón y aleación de aluminio. Ecuaciones

Relacion de esbeltez = Rg = √ Esfuerzo de comprensión

Deformacion unitaria axial

Modulo de elasticidad

 Propiedades mecánicas del ensayo de flexión Los ensayos de flexión se utilizan principalmente como medida de la rigidez. Este ensayo es casi tan habitual en materiales poliméricos duros como el ensayo de tracción, y tiene las ventajas de simplificar el mecanizado de las probetas y evitar los problemas asociados al empleo de mordazas. El parámetro más importante que se obtiene de un ensayo de flexión es el módulo de elasticidad (también llamado módulo de flexión). Tanto para ensayos de tracción como de flexión, el LATEP dispone de tres máquinas universales de ensayo, una de ellas equipada con cámara de temperatura para ensayos desde -100 hasta 360 °C.

Gráfica Probeta del ensayo de flexión:

Dimensiones: L= 101.6 mm Lo= 38.1mm

Ecuaciones

 TORSIÓN Torsión es la solicitación que se presenta cuando se aplica un momento sobre el eje longitudinal de un elemento constructivo o prisma mecánico, como pueden ser ejes o, en general, elementos donde una dimensión predomina sobre las otras dos, aunque es posible encontrarla en situaciones diversas.

Procedimiento _ antes de comensar a realizar los ensallos de torsion se deben tomar las respectivas medidas dimensionales de las probetas. Este procedimiento de medición es efectuado con un gran cuidado y debe implementarse la correcta utilización del calibrador “pie de rey” instrumento de medición de vital importancia para tomar el valor de nuestros datos

_trazar una línea recta con un marcador permanente de punta delgada a lo largo de la sección cilíndrica en la sección reducida. Esto con el fin de poder visualizar de manera mas fácil la deformación de la probeta de torsion _fijar la probeta a las copas de la maquina de torsion, asegurarse de que la probeta quede bien sujeta y asi no tener problemas de deslizamiento de la misma _Calibrar el tacómetro de revoluciones a cero y el medidor de torque, seleccionando en este último las unidades sistema internacional (N-m)

TIPOS DE MATERIALES QUE SE PUEDEN UTILIZAN Hierro, bronce, acero, latón, aluminio, cobre, metal galvanizado

DIAGRAMA La obtención del diagrama de momento torsor en función del ángulo de torsión, para una probeta cilíndrica sometida a torsión, es fundamental para determinar el módulo de rigidez al corte, el esfuerzo cortante de proporcionalidad y el esfuerzo cortante de fluencia.

En la figura se indica el diagrama de momento torsos versus ángulo de torsión. En dicho diagrama se pueden distinguir: El límite de proporcionalidad, el límite de fluencia superior A, el límite de fluencia inferior B, la zona de cadencia C y el límite de ruptura de la probeta, señalado con el punto D. La zona lineal del gráfico, permite determinar el módulo de rigidez al corte del material y el esfuerzo cortante de proporcionalidad. El esfuerzo cortante de fluencia superior se determina a través del punto A del diagrama

 Fatiga La fatiga, es la causa del ochenta por ciento de las fallas en maquinarias; los elementos mecánicos trabajan, en su mayoría, bajo condiciones de fatiga, como ejemplo pueden citarse: los peldaños de una escalera metálica, las estructuras de los parques donde ejercitan los deportistas, los aparatos de un parque infantil, los ejes de diversas máquinas industriales: moledoras, trituradoras, elevadoras, los aviones, los automóviles, los sistemas de izado de carga en los puertos, entre otros. propiedades de fatiga La propiedades de fatiga es un material se determina por medio de un en sayo de fatiga. Este en sayo Consiste en someter al material a un esfuerzo cíclico y contar el número de bese q se Aplica el esfuerzo hasta q el material se rompe. El en sayo más común es hacer girar un eje con una fuerza en flexión en uno de sus extremos

Fórmulas de fatiga

Grafica de fatiga

 Ensayo de impacto 1) Que propiedades mecánicas se buscan en cada ensayo? 2) Cuales serian las ecuaciones que se validan en cada ensayo? 3) Normas de las probetas usadas en el laboratorio? Desarrollo 1) La resistencia al impacto representa la resistencia o tenacidad de un material rígido a la repentina aplicación de una carga mecánica. Es convencionalmente determinado por medición de la energía requerida para fracturar una probeta bajo condiciones normalizadas. La energía absorbida en la fractura de la probeta estándar se expresa en Joule/m. El impacto es convenientemente obtenido por la caída de un péndulo. La probeta se mantiene de forma tal que sea rota por un simple vaivén. Dos tipos principales de máquinas de ensayo son usadas: (1) La Izod en la cual una barra es fijada por un extremo como una viga en voladizo vertical y golpeada a una dada distancia encima de una especificada muesca, a través de la barra (2) La Charpy, donde la probeta esta en forma horizontal y soportada cerca de cada extremo y golpeada en el centro. La máquina pendular es práctica en el uso como control. 2) ec.1

( ) m = mas de el objeto g = gravedad de la tierra h= altura h= altura inicial ( ec.2 m = mas de el objeto g = gravedad de la tierra

)

= Angulo del objeto

3)      

Péndulo de impacto Martillo n4 masa = 13.333 lb Galga para centrar probeta Probeta de madera de diámetro de 5 cm Probeta de aluminio de 7 cm Probeta de concreto de 5 cm de diametro

Grafica

Figura. En donde se puede apreciar un fuerte cambio en la energía disipada para algunos aceros de bajo carbono. Mientras que el níquel no muestra una variación notable.

 Ensayo de fricción 1) Que propiedades mecánicas se buscan en cada ensayo? 2) Cuales serian las ecuaciones que se validan en cada ensayo? 3) Normas de las probetas usadas en el laboratorio? Desarrollo 1 ) es la fuerza que se opone al movimiento de un cuerpo , es la función del coeficiente el cual es un valor determinado que per mite caracterizar la superficie de los materiales donde si un cuerpo esta en reposo sobre una superficie horizontal se le aplica una fuerza paralelamente y se va ampliando gradualmente hasta que logre mover dicho objeto , el coeficiente de fricción puede ser de dos tipos dinámicos o estáticos . 2) esta es la ecuación que se utiliza cuando se busca encontrar la fuerza de fricción estática de un objeto Ec.1 donde : fuerza de fricción estática

Esta es la ecuación que se utiliza cuando se busca encontrar la fuerza de fricción cinética de un objeto Ec.2 donde : fuerza de fricción cinética

Esta es la ecuación que se utiliza para la correa plana Ec.3

(

)

Esta es la ecuación que se utiliza para la correa en V ( )

Ec.4

(

)

T1: tensión final menor registrada en el dinamómetro T2: tensión final mayor registrada en el dinamómetro B: ángulo de inclinación en radianes de un tramo de la correa : ángulo de inclinación de la sección transversal de la correa

3) son los siguientes 

Equipos de fricción en correas o bandas Bandas planas: son de estilo sencillo se fabrican en cuero o lona se instalan sobre poleas de superficie planas y lisas. Bandas en V: son fabricadas en caucho se colocan sobre poleas ancladas.

    

Correa de nylon : correa utilizadas para realizar coeficiente de fricción fabricada en nylon de 5 cm Correa de cuero : correa utilizada para realizar coeficiente de fricción fabricada de cualquier clase de cuero de 6 cm Correa compuesta : correa utilizada para realizar coeficiente de fricción fabricada en dos materiales de 5 cm Correa en v : correa utilizadas para realizar coeficiente de fricción Dinamómetros : instrumentos para medir fuerza o para pesar objetos

Grafica

 Propiedades mecánicas del ensayo de tracción

La evaluación del ensayo se realiza a partir de las curvas tensión-deformación, los parámetros más importantes son tensiones (en N/mm2 o en MPa), módulo de elasticidad y deformación o alargamiento en (%). Se calcula a partir de la fuerza de tracción soportada por la probeta dividida por su sección transversal. Y): Es la máxima tensión que el material es capaz de mantener sin desviación de la ley de Hooke, es decir es una medida de su resistencia a la deformación elástica. Se expresa en Fuerza por unidad de área, generalmente MPa. max): Tensión máxima de tracción que ha soportado la probeta durante el ensayo. R): Tensión de tracción soportada por la probeta en el momento de su rotura. Módulo de elasticidad o módulo de Young: Es la relación entre la tensión y la deformación adquirida en el tramo lineal de la curva tensión-deformación (región elástica). Sus unidades son MPa o N/mm2. Se calcula mediante la tangente a la recta del tramo lineal. l Es el incremento en longitud producido por la tensión de tracción y se expresa en unidades de longitud, usualmente milímetros.

L0, en donde L0 es la longitud original antes de aplicar la carga y no tiene unidades. A veces, la deformación se expresa como porcentaje. Generalmente se calculan 3 tipos de deformaciones: 123-

Gráfica

Probeta de ensayo de tracción:

Dimensiones: L= 226 mm Lo= 120mm Materiales de fabricación de las probetas son: Acero de bajo carbono, latón y aleación de aluminio. Ecuaciones Elongación:

Reducción porcentual de área:

Tension real = Deformacion real = ln Deformación unitaria = Modulo de elasticidad E= Relacion de Poisson V= Resilencia

= ln

K= Conclusión En el presente trabajo se encontró diversos tipos de ensayos que contiene la resistencia de materiales por el cual se aplica teóricamente y prácticamente a diversos tipos de materiales por el cual, se le hallarían sus propiedades físicas y se determinaría su estructura, esto lleva como finalidad que tipo de resistencia tiene el material a tratar.