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INFORME DE RESISTENCIA DE MATERIALES ENSAYO DE TRACCION Y COMPRESION

JHON SEBASTIAN GARCES RODRIGUEZ COD.201322184 CARLOS JULIAN FONSECA MATEUS COD.201322485 AXEL DANIEL SALAMANCA AVELLA COD.201220765

UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA FACULTAD SECCIONAL DUITAMA INGENIERIA ELECTROMECANICA DUITAMA 2016

INFORME DE RESISTENCIA DE MATERIALES ENSAYO DE TRACCION Y COMPRESION

JHON SEBASTIAN GARCES RODRIGUEZ COD. 201322184 CARLOS JULIAN FONSECA MATEUS COD. 201322485 AXEL DANIEL SALAMANCA AVELLA COD.201220765

INGENIERO EDGAR ABSALON TORRES BARAHONA

UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA FACULTAD SECCIONAL DUITAMA INGENIERIA ELECTROMECANICA DUITAMA 2016

1. OBJETIVOS 1.1. OBJETIVO GENERAL  Desarrollar ensayos de tracción y compresión en probetas de aluminio, acero y bronce para estableces características mecánicas de estos materiales. 1.2.  

OBJETIVOS ESPECIFICOS Analizar, calcular e interpretar el esfuerzo último, la deformación total. Observar y analizar los efectos; al ser los módulos de elasticidad diferentes de cada de las probetas.

2. MATERIALES Y EQUIPOS 

Máquina Universal Hidráulica: En esta máquina se pueden realizar ensayos de tracción, compresión y flexión, para así determinar las propiedades mecánicas de muchos materiales.

             

Fig.1 – Maquina de Prueba Universal Hidráulica

                      

Calibrador pie de rey: Es un instrumento utilizado para medir dimensiones de objetos relativamente pequeños, en este caso se usó para medir los diámetros y longitudes requeridos para introducir estos datos al computador.

Fig.2 – calibrador pie de rey



Probetas de Aluminio y de Acero 1020:

Las probetas tenían inicialmente las medidas que se muestran a continuación. 

Probetas para tracción: Longitud de la probeta: 293,10 mm Longitud calibrada: 175 mm Diámetro exterior: 24 mm Diámetro interior: 12,5 mm 2 2 Ai=π r =122.71 mm



Probetas para compresión: Probeta Acero Aluminio Bronce

Diámetro mm 15 15 15

Altura mm 30 30 30

2. MARCO TEÓRICO La máquina universal junto con el programa trapezium arroja únicamente los datos de carga en kilo Newton y de alargamiento en milímetros. Para analizar y encontrar las propiedades mecánicas de las probetas, se requiere encontrar otra serie de datos los cuales son y se calculan de la siguiente manera: 

Carga y alargamiento promediado: Se tomaron los datos que arrojo el programa trapezium y se le saco el promedio cada 40 datos para el ensayo de compresión y para el ensayo de tracción a cada uno de las pruebas debido a que eran más de 800 datos por prueba.



Esfuerzo calculado: El esfuerzo calculado se halla dividiendo la carga en KN en el área de la parte interior de la probeta dada en centímetros cuadrados (m^2).

σ cal=

F [ Pa ] A0

Dónde:

A 0=π r 2



Deformación calculada (cm/cm): La deformación calculada de las probetas es igual al alargamiento en centímetros sobre la longitud inicial en centímetros, de tal manera que: δ ( mm) Єcal= L0 ( mm)



Módulo de Rigidez (E): es una constante elástica que caracteriza el cambio de forma que experimenta un material elástico (lineal e isótropo) cuando se aplican esfuerzos cortantes. Para hallarlo se debe efectuar una regresión lineal que se realiza observando la gráfica esfuerzo vs deformación y tomando dos puntos de la parte más recta y hallar una ecuación de la forma y = mx + b. Donde m es el módulo de rigidez (E), el cual es la pendiente de la recta y b es la intersección de la recta con el eje σ . σ =E Є+b También el módulo de rigidez tiene que ser igual al cambio en el esfuerzo sobre el cambio en la deformación. Δσ E= ΔЄ



Punto de fluencia y deformación inicial: El punto de fluencia es el punto en el que aparece un considerable alargamiento del material sin el correspondiente aumento de carga. Para calcular este punto se debe tener en cuenta el límite aparente de proporcionalidad al 0,2% (o a otro tanto por ciento), se aplica este concepto en aquellos materiales que no tienen un punto de fluencia bien definido, o que carecen de él, mediante un procedimiento de equiparación con los que sí lo tienen. Consiste en trazar una paralela a la tangente en el origen a la curva partiendo de un valor normalizado (equivalente a la deformación en el límite de proporcionalidad de otros materiales) que suele tomarse del 0,2%, la intersección de esta recta con la curva esfuerzo-deformación de fine el punto considerado.



Límite de fluencia: El límite de fluencia o de cedencia, es el primer punto detectable, a partir del cual hay un aumento notorio en la deformación, sin que se acuse un aumento en el esfuerzo aplicado a la probeta. En los metales es el punto, a partir del cual se produce una deformación permanente notable y aparecen por tanto deformaciones plásticas irreversibles.



Alargamiento: El alargamiento es el aumento en la longitud calibrada en una probeta después de la prueba de tensión que comúnmente se expresa en porcentaje de la longitud calibrada inicial a la final.



Longitud calibrada: Es la longitud inicial de la parte de una probeta sobre la que se determina la deformación unitaria o el cambio de longitud y el alargamiento (éste último se mide con un extensómetro).



Reducción de área y estricción: La reducción de área de la sección transversal es la diferencia entre el valor del área transversal inicial de una probeta de tensión y el área de su sección transversal mínima después de la prueba. En el rango elástico de tensiones y deformaciones en área se reduce en una proporción dada por el módulo de Poisson. Para un sólido lineal e isótropo, en un ensayo de tracción convencional, dicha reducción viene dada por:

(

A= A 0 1−v

σ E

)

2

Donde: A 0 = es el área inicial. v , E =son los coeficientes de poisson y el modulo de Young. σ = es la tension en dirección longitudinal de la pieza.

Una vez superado el límite de fluencia, se llega a un punto donde junto con la reducción elástica anterior asociada al efecto de Poisson, se produce la llamada estricción que es un fenómeno de plasticidad 3. DESCRIPCIÓN DE LA PRUEBA 3.1. Tracción En primera parte se tomaron las medidas de cada una de las probetas. La primera prueba se realizó con la probeta de bronce, esta se introdujo en las mordazas de la maquina universal hidráulica, que durante la prueba de tracción trabajo con una velocidad de 5 mm/min, al parecer la probeta no quedo sujetada de manera correcta y en el momento que inicio la prueba de tracción la probeta al quedar mal sujetada sufrió deslizamiento y no se puedo llevar a cabo la prueba en ella.

Fig.3 – Probeta de bronce después de no realización de prueba de tracción

La segunda prueba se realizó con la probeta de aluminio, esta se introdujo en las mordazas de la maquina universal hidráulica, que durante la prueba de tracción trabajo con una velocidad de 5 mm/min, se tomaron los datos de la deformación cada 0,5 segundos, hasta que la probeta fallo y se rompió.

Fig.4 – Probeta de aluminio después de la prueba de tracción

La tercera prueba se realizó con las probetas de acero 1020 y, realizando el mismo procedimiento que en la segunda.

Fig.5 – Probeta de acero 1020 después de la prueba de tracción

3.2 Compresión. En este ensayo se colocaron las probetas de acero 1020, aluminio y bronce en el lugar a efectuar el ensayo de compresión en la maquina a una velocidad de 1 mm/min hasta que cada probeta se comprimió una determinada distancia. Los datos se obtuvieron mediante el programa trapezium y luego se analizaron para obtener los valores pedidos en el laboratorio.

Figura 6. Probeta de acero iniciando la compresión.

Figura 7. Probeta de bronce iniciando la compresión.

Figura 8. Probeta de aluminio durante la compresión

4. TABLAS DE DATOS 4.1. Datos obtenidos durante la tracción del acero:

CARGA (KN)

ALARGAMIENTO (mm)

ESFUERZO CALCULADO (Pa)

DEFORMACION CALCULADA (m)

0,203125 0,671875 1,640625 5,078125 14,46875 20,75 28,9375 37,26563 50 58,04688 64,25 78,51563

0,018 0,804 1,224 2,192 3,254 3,794 4,418 5 5,834 6,334 6,708 7,58

1655190,68 5474861,47 13368847,8 41379766,9 117900505 169084094 235801010 303663869 407431551 473002608 523549544 639794899

1,4129E-06 4,6736E-06 1,1412E-06 3,5323E-05 0,00010064 0,00014434 0,00020129 0,00025922 0,0003478 0,00040377 0,00044692 0,00054615

88,57813 95,34375 97,875 98,0625 

8,248 8,834 9,46 9,754

Grafica de carga vs alargamiento:

 Grafica de esfuerzo:

721790499 776921040 797547262 799075130

0,00061615 0,00066321 0,00068082 0,00068212

FUERZA VS ESFUERZO 900000000 800000000

ESFUERZO (Pa)

700000000 600000000 500000000 400000000 300000000 200000000 100000000 0

1 19 37 55 73 91 09 27 45 63 81 99 17 35 53 71 89 07 25 43 61 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 3 3 3 3

-100000000

FUERZA (KN)



Grafica deformación:

FUERZA VS DEFORMACION 120 100 FUERZA (KN)

80 60 40 20 0

0

0

0

0

0

0

-20 DEFORMACION (m)

0

0

0

0



4.2. DATOS OBTENIDOS DURANTE LA COMPRESION DEL ACERO:

CARGA KN 0,046875 20,375 37,29688 49,04688 54,75 69,84375 82,82813 90,82813 98 120,4531 123,5469 125,9688 131,5313 133,5938 139,125 140,75 142,3594 143,625 

ALARGAMIENTO mm 0,142 0,432 0,586 0,68 0,726 0,868 1,036 1,17 1,318 2,04 2,188 2,32 2,686 2,852 3,35 3,516 3,682 3,822

Grafica de carga vs alargamiento:

ESFUERZO CALCULADO PA

DEFORMACION CALCULADA M

265280,136 115308432 211074590 277571477 309847199 395267402 468750028 514024505 554612337 681681381 699190153 712896435 744376344 756048670 787351443 796547821 805655914 812818336

3,8821E-08 1,6874E-05 3,0889E-05 4,062E-05 4,5343E-05 5,7844E-05 6,8598E-05 7,5223E-05 8,1163E-0 9,9758E-05 0,00010232 0,00010433 0,00010893 0,00011064 0,00011522 0,00011657 0,0001179 0,00011895



Grafica de esfuerzo calculado:

FUERZA VS ESFUERZO 1000000000

ESFUERZO (PA)

800000000 600000000 400000000 200000000 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

-200000000 FUERZA(KN)



Grafica de deformación calculada:

FUERZA VS DEFORMACION 0.14

DEFORMACION (MM)

0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

FUERZA (KN)

4.3. DATOS OBTENIDOS DURANTE LA TRACCION DEL ALUMINIO:



Carga KN

Alargamiento (mm)

Esfuerzo calculado Pa

0,046875 2,25 11,59375 28,5 42,82813 43,71875 44,76563 44,875 44,85938 44,89063 44,92188 44,90625 44,82813 44,85938

0,016 1,682 3,336 4,998 6,29 8,328 10,544 10,92 11,088 11,172 11,256 11,548 11,756 11,798

382029,3399 18337408,31 94488590,06 232273838,6 349047514,3 356306031 364838060,3 365729421,4 365602119 365856805,2 366111491,4 365984107,6 365347432,8 365602119

Grafica carga vs alargamiento:

Deformación calculada (m) 5,04749E-07 2,42279E-05 0,000124841 0,000306887 0,000461172 0,000470762 0,000482035 0,000483213 0,000483044 0,000483381 0,000483717 0,000483549 0,000482708 0,000483044

Grafica de esfuerzo calculado:

FUERZA VS ESFUERZO 600000000 500000000 ESFUERZO(PA)



400000000 300000000 200000000 100000000 0

1

2

3

4

5

6

7

FUERZA (KN)

8

9

10

11

12

13

14



Grafica de deformación calculada:

DEFORMACION 0.12

DEFORMACION(MM)

0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

FUERZA (KN)

4.4. DATOS OBTENIDOS A PARTIR EN LA COMPRESIÓN DEL ALUMINIO

CARGA KN

ALARGAMIENTO (mm)

0,01640625 0,55078125 13,79453313 40,287893 72,205081 84,402347 87,8136745 90,60117475 93,22265825 95,74219025 98,16640875 100,4832228 102,70197 104,7957175 106,757825

0,0703 0,32685 0,61885 0,88935 1,1586 1,42895 1,6965 1,96385 2,22995 2,4957 2,76155 3,02745 3,2931 3,55875 3,8244

ESFUERZO CALCULADO PA 57866,28 1942653,957 48654532,77 142098945,4 254673677,3 297694508,3 309726650,7 319558319,5 328804522,6 337691133,8 346241565,9 354413173 362238889,7 369623721,4 376544247,3

DEFORMACION CALCULADA (mm) 0,001775 0,00817125 0,01547125 0,02223375 0,028965 0,03572375 0,0424125 0,04909625 0,05574875 0,0623925 0,06903875 0,07568625 0,0823275 0,08896875 0,09561

108,6179775 110,404705 112,1050925 113,7386925 114,875

4,0908 4,35925 4,6282 4,8971 5,061777778



Grafica de carga vs alargamiento:



Grafica de esfuerzo calculado:

383105168,9 389407114,1 395404530,5 401166381,6 405174238,1

0,10227 0,10898125 0,115705 0,1224275 0,1265444445

FUERZA VS ESFUERZO 450000000 400000000

ESFUERZO (PA)

350000000 300000000 250000000 200000000 150000000 100000000 50000000 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

FUERZA (KN)

Grafica de deformación calculada:

FUERZA VS DEFORMACION 0.14 0.12 DEFORMACION(MM)



0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

FUERZA (KN)

4.5. DATOS OBTENIDOS EN LA COMPRECION DEL BRONCE.



CARGA KN

ALARGAMIENTO (mm)

0,019921875 1,453125 13,33242425 33,581643 61,081643 85,57539325 95,2031275 100,6921973 105,05157 108,883605 112,439855 115,8375125 119,1175925 122,306265 125,4605625 128,58673 131,775795 134,9351675 137,945325

0,07035 0,32945 0,6225 0,8906 1,15875 1,4284 1,6973 1,9649 2,23115 2,4972 2,76295 3,02885 3,2945 3,5602 3,82605 4,09225 4,36095 4,63 4,885333333

ESFUERZO CALCULADO PA 70266,20697 5125299,802 47024634,06 118445411,3 215440332,3 301831946,7 335789812 355150244,4 370526135,7 384042060,5 396585267,4 408569104,5 420138235,4 431384964 442510449 453536717 464784830 475928214,9 486545305,4

GRAFICA DE ESFUERZ0 vs DEFORMACION CALCULADA

DEFORMACION CALCULADA (mm) 0,00175875 0,00823625 0,0155625 0,022265 0,02896875 0,03571 0,0424325 0,0491225 0,05577875 0,06243 0,06907375 0,07572125 0,0823625 0,089005 0,09565125 0,10230625 0,10902375 0,11575 0,1221333333



Grafica esfuerzo calculado:

FUERZA VS ESFUERZO 600000000

esfuerzo(PA)

500000000 400000000 300000000 200000000 100000000 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

FUERZA (KN)



Grafica de deformación:

FUERZA VS DEFORMACION 0.14

deformacion(MM)

0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

FUERZA(KN)

5. RESULTADOS Tracción: Obtenidos con el programa: Probeta

PSF_carga kN

M. elástico N/mm2

PIF_carga kN

Max_carga kN

energia

Energía rotura_carga J

Acero

-----

14419.8

98.0625

63,4688

941,717

Aluminio Bronce

---------

7069.2 -----

44,9219 -----

------

44,9219 -----

28,6250 -----

-----------

Probeta Acero

σ Max 152755670,2

σ rotura

σ fluencia

E

ϵ fluencia

ϵ Max

ϵ rotura

673402286

724473346

41,51E 9

Aluminio

1505,7714kgf/cm^(2)

50,586502

1341,82231

3722,11459

0,02426071 0,02145833

0,10765238 0,04524405

0,15064683 0,07287619

Bronce

-----

-----X

-----

-----

Análisis de datos:

-----

-----

-----

l f −l o ∗100 =8.92 lo l −l deformacion aluminio= f o ∗100 =9,93 lo l f −l o deformacion bronce= ∗100 ≈−−−−¿ lo deformacion acero=

Compresión: Obtenidos con el programa:



Probeta

Max carga kN

Max desplazamiento mm

Max esfuerzo Mpa

Acero Aluminio Bronce

143.625 87,125 179.656

3.82 6,46 11,87

812,751 493,027 1016,65

Acero: Longitud final = 39.5034 mm σy = 3.32 MPa ϵ Fluencia = 2 mm E = 26.58 MPa l −l  deformacion acero= f o ∗100 ≈−1.24 lo Aluminio:    



Longitud final = 39.4912 mm σy = 1.39 MPa ϵ Fluencia = 1,4 mm E = 10.93 MPa l −l  deformacion acero= f o ∗100 ≈−1.272 lo    



Bronce : Longitud final = 39.4998 mm σy = 882.27 MPa ϵ Fluencia = 1.5 mm E = 7.055 GPa l −l  deformacion acero= f o ∗100 ≈−1.2505 lo    

6. CONCLUSIONES  La fuerza de tensión es proporcional al diámetro del objeto.  El laboratorio nos brinda la posibilidad de analizar el comportamiento superficial de los materiales usados en la práctica por medio de pruebas de tracción y compresión.  A partir de los resultados obtenidos en la práctica pudimos corroborar la teoría vista en clase.  Pudimos sacar resultados como por ejemplo el módulo de Young mediante los resultados obtenidos y las formulas aprendidas en clase.  Esta práctica nos retroalimento y genero más conocimientos de los obtenidos en clase.

7. BIBLIOGRAFIA

 R.C.Hibbeler. Mecánica de materiales. sexta edición, PEARSON EDUCATION, México 2006, paginas 896.  MECÁNICA DE MATERIALES Quinta edición, 2009 by The McGraw-Hill Companies, México 2010, paginas 736.