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Informe de laboratorio prueba de tensión

INFORME DE LABORATORIO DE PRUEBA DE TENSIÓN Juan Sebastian Morales Rosas (20082015051) e-mail: [email protected]

Helman Augusto Gamba Romero (20091015065) e-mail: [email protected]

Grupo 27

INTRODUCCION Este informe desarrollo el análisis de propiedades mecánicas como el esfuerzo de fluencia, esfuerzo último, esfuerzo rotura, modulo de Young. Con base en estos se determinó el tipo de material, su comportamiento si era dúctil o frágil, la prueba se aplicó a 3 diferentes materiales acero 1020 o A36, bronce y aluminio, las cuales fueron sometidas a la prueba de tensión en la maquina universal de ensayos . Durante dicha prueba, se observó el efecto producido tras aplicar una carga sobre el eje transversal de un cuerpo, la deformación y finalmente la ruptura, este informe recoge y analiza datos como las longitudes iniciales y finales de las probetas, áreas iniciales y finales de la probeta, la apariencia de la ruptura o también llamado análisis fotográfico y describe los métodos utilizados en los ensayos.

Métodos: Una vez verificado las medidas iniciales de la probeta, con las respectivas herramientas (calibrador pie de rey, regla).

Se realizaron los respectivos cálculos de las propiedades ya mencionadas, y se hizo la comparación de los comportamientos mecánicos de los 3 materiales, mediante la construcción de tablas y gráficas de las características de cada uno y se determinó las fortalezas de cada material. Finalmente se presenta una ficha técnica de los materiales, la cual contiene las diferentes propiedades obtenidas de la práctica y comparadas con las teóricas.

Dimensiones iniciales y plano de la de la probeta

El monitor de laboratorio realiza una explicación del uso de la máquina universal de ensayos y realiza su calibración.

Informe de laboratorio prueba de tensión

Una vez tomadas las medidas, se procede a colocar la probeta en las mordazas de la máquina, asegurándose que la fijación sea la correcta. Luego se sujeta el extensómetro sobre la probeta y se colocan las escalas en la posición inicial. Seguido de esto se aplica una carga a velocidad uniforme y mientras tanto en el software se genera un archivo de datos de carga aplicada y desplazamiento. Se observa que a medida que aumenta la carga aumenta la longitud de la probeta hasta formar un cuello y alcanzar la ruptura. Después de su ruptura se observa que la probeta recuperó una parte de su elasticidad evidenciándose en la división de la probeta en dos partes y una pequeña distancia entre ellas. ANALISIS DE RESULTADOS 1. Grupo: Cristian Vásquez Sierra 9am Material: compuesto Forma: cilindro Longitud inicial: 315mm Diámetro externo: 25.1mm Área transversal: 494.80mm

2

Tabla 1 esfuerzo vs deformación

LOAD STROKE CARGA ESFUERZODEFORMACION Tf mm N MPa 0,03 0 294,00 0,594 0 0,032 0,024 313,60 0,634 7,61905E-05 0,032 0,046 313,60 0,634 0,000146032

0,034 0,034 0,036 0,038 0,04 0,042 0,042 0,044 0,046 0,048 0,05 0,052 0,054 0,058 0,06 0,062 0,062 0,064 0,066 0,068 0,072 0,072 0,074 0,078 0,078 0,08 0,082 0,084 0,086 0,088 0,09 0,09 0,094 0,094 0,096

0,07 0,092 0,116 0,138 0,164 0,186 0,21 0,232 0,256 0,28 0,306 0,326 0,35 0,372 0,396 0,42 0,444 0,466 0,49 0,512 0,536 0,56 0,582 0,606 0,63 0,654 0,678 0,7 0,724 0,746 0,77 0,794 0,816 0,84 0,862

333,20 333,20 352,80 372,40 392,00 411,60 411,60 431,20 450,80 470,40 490,00 509,60 529,20 568,40 588,00 607,60 607,60 627,20 646,80 666,40 705,60 705,60 725,20 764,40 764,40 784,00 803,60 823,20 842,80 862,40 882,00 882,00 921,20 921,20 940,80

0,673 0,673 0,713 0,752 0,792 0,832 0,832 0,871 0,911 0,950 0,990 1,029 1,069 1,148 1,188 1,227 1,227 1,267 1,307 1,346 1,425 1,425 1,465 1,544 1,544 1,584 1,623 1,663 1,703 1,742 1,782 1,782 1,861 1,861 1,901

0,000222222 0,000292063 0,000368254 0,000438095 0,000520635 0,000590476 0,000666667 0,000736508 0,000812698 0,000888889 0,000971429 0,001034921 0,001111111 0,001180952 0,001257143 0,001333333 0,001409524 0,001479365 0,001555556 0,001625397 0,001701587 0,001777778 0,001847619 0,00192381 0,002 0,00207619 0,002152381 0,002222222 0,002298413 0,002368254 0,002444444 0,002520635 0,002590476 0,002666667 0,002736508

Informe de laboratorio prueba de tensión

16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00

Tomando dos puntos de la recta que ajusta la zona elástica:

Esfuerzo de fluencia Se calcula el límite de fluencia convencional, o sea, el esfuerzo con el cual el alargamiento residual alcanza una magnitud dada, con el método de 0,2%.

Cálculos • Para calcular el esfuerzo: Pasar de toneladas a Newton de la siguiente forma: (

) (

( )

)

El cálculo anterior se hace para cada uno de los datos los cuales se muestran en la tabla 1. Se realizan modificaciones debido a que las unidades que nos suministra la maquina no están en términos de esfuerzo. Para calcular la deformación, utilizamos la siguiente formula:

El método consiste en trazar una línea recta, que es paralela al segmento rectilíneo del diagrama de esfuerzo vs deformación desplazada por una determinada deformación o sea £=0.002. El esfuerzo correspondiente a la intersección de esta línea con el diagrama Esfuerzo deformación cuando éste se curva se denomina límite elástico o esfuerzo de fluencia. 14,096

20,00 15,00 10,00 5,00 0,00

0,0000762 0,0027365 0,0054032 0,0080762 0,0107365 0,0134032 0,0160698 0,0190349 0,0217016 0,0243683

DEFORMACION

Límite de fluencia

ESFUERZO (MPa)

0,0001 0,0027 0,0054 0,0081 0,0107 0,0134 0,0161 0,0190 0,0217 0,0244

ESFUERZO (MPa)

Grafica 1 esfuerzo vs deformación

DEFORMACION

Punto de fluencia:

LOAD STROKE CARGA ESFUERZO DEFORMACION Tf mm N MPa 0,712 7,326 6977,60 14,096 0,0232571 • Para calcular el módulo de elasticidad utilizamos la pendiente de la zona elástica, la fórmula de pendiente es:

Porcentaje de elongación: %elongación =

= 2.68%

Informe de laboratorio prueba de tensión

Esfuerzo último y de rotura Según la tabla y la gráfica encontramos: Esfuerzo último: 14.690 MPa Esfuerzo de rotura: 13.423 MPa

Tenacidad a la fractura:

: es la tensión máxima del material : es la deformación máxima del material : es la deformación de rotura del material

De acuerdo a los datos obtenidos, es un material compuesto y su deformación en la rotura del material es mínima, lo que nos da una tenacidad a la fractura muy cerca a cero. Análisis de los datos Siendo un material compuesto, tiene muy poca zona plástica, por lo que presenta muy poca deformación longitudinal y casi nula la deformación lateral. Es un material frágil con poca resistencia a la tensión. 2. Grupo: Evelyn Ruiz Niviayo 10am Material: ¿? Forma: cilindro Longitud inicial: 240mm Diámetro externo: 5.1mm Área transversal: 21.24mm

2

Tabla 2 esfuerzo vs deformación

Load Stroke CARGA tf mm N 0,015 0 147,00 0,017 0,024 166,60 0,019 0,048 186,20

ESFUERZO DEFORMACI MPa ON 0,297 0,0000000 0,337 0,0000762 0,376 0,0001524

0,021 0,022 0,023 0,024 0,024 0,025 0,027 0,028 0,029 0,031 0,033 0,036 0,038 0,041 0,044 0,048 0,052 0,056 0,061 0,064 0,068 0,07 0,074 0,077 0,08 0,082 0,085 0,089 0,092 0,095 0,098 0,102 0,105 0,108 0,111

0,072 205,80 0,094 215,60 0,118 225,40 0,14 235,20 0,164 235,20 0,188 245,00 0,21 264,60 0,234 274,40 0,258 284,20 0,28 303,80 0,302 323,40 0,326 352,80 0,35 372,40 0,374 401,80 0,398 431,20 0,422 470,40 0,446 509,60 0,468 548,80 0,49 597,80 0,514 627,20 0,538 666,40 0,56 686,00 0,584 725,20 0,608 754,60 0,63 784,00 0,654 803,60 0,676 833,00 0,702 872,20 0,724 901,60 0,748 931,00 0,77 960,40 0,794 999,60 0,818 1029,00 0,84 1058,40 0,864 1087,80

0,416 0,436 0,455 0,475 0,475 0,495 0,535 0,554 0,574 0,614 0,653 0,713 0,752 0,812 0,871 0,950 1,029 1,109 1,208 1,267 1,346 1,386 1,465 1,524 1,584 1,623 1,683 1,762 1,821 1,881 1,940 2,019 2,079 2,138 2,198

0,0002286 0,0002984 0,0003746 0,0004444 0,0005206 0,0005968 0,0006667 0,0007429 0,0008190 0,0008889 0,0009587 0,0010349 0,0011111 0,0011873 0,0012635 0,0013397 0,0014159 0,0014857 0,0015556 0,0016317 0,0017079 0,0017778 0,0018540 0,0019302 0,0020000 0,0020762 0,0021460 0,0022286 0,0022984 0,0023746 0,0024444 0,0025206 0,0025968 0,0026667 0,0027429

Informe de laboratorio prueba de tensión Esfuerzo último y de rotura Según la tabla y la gráfica encontramos:

30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00

20,432

Esfuerzo último: 24.213 MPa Esfuerzo de rotura: 17.541 MPa

3,960 Análisis de los datos 0,0000762 0,0022984 0,0045206 0,0067429 0,0089651 0,0111873 0,0137079 0,0159238 0,0181524 0,0203683 0,0225968 0,0251111 0,0273397

ESFUERZO (MPa)

Grafica 2 esfuerzo vs deformación

DEFORMACION

El material tiene una gran zona elástica, con poca zona plástica lo que genera un material frágil y con poca deformación plástica, por la falta de información sobre la reducción de su diámetro no se completaron los cálculos.

Cálculos: Para calcular el módulo de elasticidad utilizamos la pendiente de la zona elástica, la fórmula de pendiente es:

3. Grupo: Julie Preciado Rangel 6am Material: ¿? Forma: cilindro Longitud inicial: 100mm Diámetro externo: 19mm Área transversal: 283.528mm

Tomando dos puntos de la recta que ajusta la zona elástica:

Esfuerzo y punto de fluencia:

LOAD STROKE Tf 1,032

mm

CARGA

ESFUERZO DEFORMACION

N

4,668 10113,60

MPa 20,432

Porcentaje de elongación:

%elongación =

= 3.85%

0,0148190

2

Tabla 3 esfuerzo vs deformación

Load tf 0,075 0,08 0,085 0,085 0,09 0,08 0,09 0,105 0,115 0,12 0,13 0,135 0,145 0,15 0,155 0,16

Stroke mm 0 0,024 0,048 0,07 0,094 0,212 0,234 0,258 0,28 0,304 0,326 0,35 0,374 0,398 0,42 0,444

CARGA N 735,00 784,00 833,00 833,00 882,00 784,00 882,00 1029,00 1127,00 1176,00 1274,00 1323,00 1421,00 1470,00 1519,00 1568,00

ESFUER ZO MPa 1,485 1,584 1,683 1,683 1,782 1,584 1,782 2,079 2,277 2,376 2,574 2,673 2,871 2,970 3,069 3,168

DEFORMA CION 0,0000000 0,0000762 0,0001524 0,0002222 0,0002984 0,0006730 0,0007429 0,0008190 0,0008889 0,0009651 0,0010349 0,0011111 0,0011873 0,0012635 0,0013333 0,0014095

Informe de laboratorio prueba de tensión 0,165 0,17 0,18 0,19 0,2 0,21 0,22 0,235 0,245 0,26 0,27 0,28 0,295 0,305 0,315 0,325 0,34 0,35 0,36 0,375 0,385 0,395

0,468 0,49 0,514 0,538 0,56 0,584 0,606 0,63 0,654 0,678 0,702 0,724 0,746 0,77 0,794 0,816 0,842 0,864 0,888 0,91 0,934 0,956

1617,00 1666,00 1764,00 1862,00 1960,00 2058,00 2156,00 2303,00 2401,00 2548,00 2646,00 2744,00 2891,00 2989,00 3087,00 3185,00 3332,00 3430,00 3528,00 3675,00 3773,00 3871,00

3,267 3,366 3,564 3,762 3,960 4,158 4,356 4,653 4,851 5,147 5,345 5,543 5,840 6,038 6,236 6,434 6,731 6,929 7,127 7,424 7,622 7,820

0,0014857 0,0015556 0,0016317 0,0017079 0,0017778 0,0018540 0,0019238 0,0020000 0,0020762 0,0021524 0,0022286 0,0022984 0,0023683 0,0024444 0,0025206 0,0025905 0,0026730 0,0027429 0,0028190 0,0028889 0,0029651 0,0030349

450,00 400,00 334,289 350,00 Sy 300,00 250,00 200,00 150,00 100,00 81,766 50,00 0,00

388,832 Sut

Para calcular el módulo de elasticidad utilizamos la pendiente de la zona elástica, la fórmula de pendiente es:

Tomando dos puntos de la recta que ajusta la zona elástica:

Esfuerzo y punto de fluencia:

LOAD STROKE CARGA ESFUERZO DEFORMACION Tf mm N MPa 16,89 7,336 165473,00 334,289 0,0232889 Porcentaje de elongación:

%elongación =

= 19.32% 271,034 Sf Porcentaje de reducción de área:

%Reducción de área =

0,0000762 0,0046667 0,0089524 0,0135365 0,0178159 0,0221016 0,0264000 0,0307048 0,0353016 0,0396127 0,0439175 0,0482095 0,0525079 0,0568063

ESFUERZO (MPa)

Grafico 3 esfuerzo vs deformación

Cálculos:

DEFORMACION

• El área se redujo un 54 %.

Informe de laboratorio prueba de tensión Tenacidad a la fractura:

Tabla 4 esfuerzo vs deformación

: es la tensión máxima del material : es la deformación máxima del material : es la deformación de rotura del material √

√

D0-Df

3.7mm

T= ∫ T=27914.2755 MPa/mm

(

)

2

Esfuerzo último y de rotura Según la tabla y la gráfica encontramos: Esfuerzo último: 390.416 MPa Esfuerzo de rotura: 270.242 MPa Análisis de los datos El material presenta ductilidad, la pendiente (módulo de elasticidad) es siempre alto, hay poca zona elástica y una amplia zona plástica, grafica ya muy semejante a la de los aceros, se debió presentar un cambio considerable de diámetro en la zona de ruptura (reducción de área). 4. Grupo: STIVEN CORTES ACOSTA 7am Material: ¿? Forma: tornillo Longitud inicial: 300mm Diámetro externo: 21.7mm Área transversal: 369.836mm

2

Load Stroke CARGA ESFUERZO DEFORMAC tf mm N MPa ION 0,15 0 1470,00 2,970 0,0000000 0,15 0,024 1470,00 2,970 0,0000762 0,15 0,048 1470,00 2,970 0,0001524 0,16 0,07 1568,00 3,168 0,0002222 0,16 0,094 1568,00 3,168 0,0002984 0,17 0,118 1666,00 3,366 0,0003746 0,17 0,14 1666,00 3,366 0,0004444 0,18 0,164 1764,00 3,564 0,0005206 0,18 0,186 1764,00 3,564 0,0005905 0,19 0,21 1862,00 3,762 0,0006667 0,19 0,232 1862,00 3,762 0,0007365 0,2 0,256 1960,00 3,960 0,0008127 0,21 0,28 2058,00 4,158 0,0008889 0,22 0,304 2156,00 4,356 0,0009651 0,23 0,328 2254,00 4,554 0,0010413 0,24 0,35 2352,00 4,752 0,0011111 0,24 0,374 2352,00 4,752 0,0011873 0,26 0,396 2548,00 5,147 0,0012571 0,27 0,42 2646,00 5,345 0,0013333 0,28 0,444 2744,00 5,543 0,0014095 0,29 0,468 2842,00 5,741 0,0014857 0,3 0,492 2940,00 5,939 0,0015619 0,31 0,514 3038,00 6,137 0,0016317 0,32 0,538 3136,00 6,335 0,0017079 0,33 0,56 3234,00 6,533 0,0017778 0,34 0,584 3332,00 6,731 0,0018540 0,35 0,606 3430,00 6,929 0,0019238 0,36 0,63 3528,00 7,127 0,0020000 0,37 0,654 3626,00 7,325 0,0020762 0,38 0,676 3724,00 7,523 0,0021460 0,38 0,7 3724,00 7,523 0,0022222 0,39 0,722 3822,00 7,721 0,0022921 0,4 0,748 3920,00 7,919 0,0023746 0,41 0,77 4018,00 8,117 0,0024444 0,42 0,794 4116,00 8,315 0,0025206 0,43 0,818 4214,00 8,513 0,0025968 0,44 0,84 4312,00 8,711 0,0026667 0,45 0,864 4410,00 8,909 0,0027429

Informe de laboratorio prueba de tensión Esfuerzo último y de rotura Según la tabla y la gráfica encontramos:

600,00 500,00 400,00 300,00 200,00 100,00 0,00

Esfuerzo último: 521.281 MPa Esfuerzo de rotura: 423.875 MPa 521,875 Sut

600,00

DEFORMACION Cálculos:

500,00 ESFUERZO (MPa)

0,0000762 0,0074794 0,0151810 0,0234667 0,0308698 0,0382730 0,0459746 0,0537460 0,0638730 0,0744508 0,0850286 0,0981587

459,313 Sy

400,00

423,875 Sf

300,00 200,00 100,00

Para calcular el módulo de elasticidad utilizamos la pendiente de la zona elástica, la fórmula de pendiente es:

0,00 0,0000762 0,0068889 0,0140000 0,0213968 0,0285016 0,0353143 0,0421270 0,0492254 0,0571048 0,0668381 0,0765714 0,0862984 0,0989968

ESFUERZO (MPa)

Grafica 4 esfuerzo vs deformación

DEFORMACION

Análisis de los datos Tomando dos puntos de la recta que ajusta la zona elástica:

Esfuerzo y punto de fluencia:

LOAD STROKE CARGA ESFUERZO DEFORMACION Tf mm N MPa 23,2 18,588 227360,00 459,313 0,0590095

El modulo elástico es relativamente bajo respecto a materiales como el aluminio (69 76 Gpa) lo que indica un material no tan rígido, dado que el decrecimiento del esfuerzo después de la tensión máxima (ultima) no es tan amplio no se considera un material muy dúctil (11.08% según el porcentaje de elongación). 5. Grupo: DANIEL CHAMORRO 8am (En este grupo realizamos nuestra práctica) Material: compuesto

Porcentaje de elongación:

Forma: cilindro Longitud inicial: 315mm

%elongación =

Diámetro externo: 25.1mm Área transversal: 494.81mm

= 11.08%

2

Informe de laboratorio prueba de tensión Tabla 5 esfuerzo vs deformación

CARGA ESFUERZO DEFORMACIO N MPa N 294,00 0,594 0,0000000 313,60 0,634 0,0000762 313,60 0,634 0,0001460 333,20 0,673 0,0002222 333,20 0,673 0,0002921 352,80 0,713 0,0003683 372,40 0,752 0,0004381 392,00 0,792 0,0005206 411,60 0,832 0,0005905 411,60 0,832 0,0006667 431,20 0,871 0,0007365 450,80 0,911 0,0008127 470,40 0,950 0,0008889 490,00 0,990 0,0009714 509,60 1,029 0,0010349 529,20 1,069 0,0011111 568,40 1,148 0,0011810 588,00 1,188 0,0012571 607,60 1,227 0,0013333 607,60 1,227 0,0014095 627,20 1,267 0,0014794 646,80 1,307 0,0015556 666,40 1,346 0,0016254 705,60 1,425 0,0017016 705,60 1,425 0,0017778 725,20 1,465 0,0018476 764,40 1,544 0,0019238 764,40 1,544 0,0020000 784,00 1,584 0,0020762 803,60 1,623 0,0021524 823,20 1,663 0,0022222 842,80 1,703 0,0022984 862,40 1,742 0,0023683 882,00 1,782 0,0024444 882,00 1,782 0,0025206 921,20 1,861 0,0025905 921,20 1,861 0,0026667 940,80 1,901 0,0027365

Grafica 5 esfuerzo vs deformación 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 0,0000762 0,0018476 0,0036254 0,0054032 0,0071810 0,0089587 0,0107365 0,0125143 0,0142984 0,0160698 0,0181460 0,0199238 0,0217016 0,0234794 0,0252571

Stroke mm 0 0,024 0,046 0,07 0,092 0,116 0,138 0,164 0,186 0,21 0,232 0,256 0,28 0,306 0,326 0,35 0,372 0,396 0,42 0,444 0,466 0,49 0,512 0,536 0,56 0,582 0,606 0,63 0,654 0,678 0,7 0,724 0,746 0,77 0,794 0,816 0,84 0,862

ESFUERZO (MPa)

Load tf 0,03 0,032 0,032 0,034 0,034 0,036 0,038 0,04 0,042 0,042 0,044 0,046 0,048 0,05 0,052 0,054 0,058 0,06 0,062 0,062 0,064 0,066 0,068 0,072 0,072 0,074 0,078 0,078 0,08 0,082 0,084 0,086 0,088 0,09 0,09 0,094 0,094 0,096

DEFORMACION

Cálculos: Para calcular el módulo de elasticidad utilizamos la pendiente de la zona elástica, la fórmula de pendiente es:

Tomando dos puntos de la recta que ajusta la zona elástica:

Esfuerzo y punto de fluencia:

LOAD STROKE CARGA ESFUERZO DEFORMACION Tf mm N MPa 0,714 7,35 6997,20 14,136 0,0233333 Porcentaje de elongación:

Informe de laboratorio prueba de tensión Gracias a los resultados pudimos entender los conceptos de ductilidad, tenacidad, elasticidad, rigidez, resistencia, fragilidad etc. Que normalmente suelen ser confundidos.

%elongación =

Observamos que la pendiente de la zona elástica de la gráfica del acero es bastante inclinada comparándola con las gráficas de los otros materiales, entonces es el material más rígido, además su valor de esfuerzo de fluencia es más alto que el de los demás, lo que quiere decir que es el más resistente. El material menos resistente (más débil) es el compuesto ya que su valor de esfuerzo de fluencia es el más bajo de los materiales

= 2.68%

Esfuerzo último y de rotura Según la tabla y la gráfica encontramos: Esfuerzo último: 14.730 MPa Esfuerzo de rotura: 13.423 MPa 14,136 14,730 Sy Sut

16,00

12,00

13,423 Sf

10,00

Observando la tabla se puede apreciar que: - El material más tenaz es el aluminio porque su valor de tenacidad es el más alto, por lo tanto es el q más absorbe energía. - El material más elástico es el acero ya que su valor de módulo de Young es el más alto y por lo tanto su esfuerzo de fluencia es mayor a los demás debido a su gran zona elástica.

8,00 6,00 4,00

- El material con mayor esfuerzo de rotura es el acero

2,00 0,00 0,0000762 0,0017778 0,0034794 0,0051873 0,0068889 0,0085968 0,0102984 0,0120000 0,0137016 0,0154032 0,0171111 0,0191048 0,0208127 0,0225143 0,0242222 0,0259238

ESFUERZO (MPa)

14,00

DEFORMACION

Análisis de los datos: Módulo de elasticidad muy bajo, es un material con muy poca rigidez, tiene una zona plástica casi nula, lo que genera que el material no se deforme en su punto de fractura. Tiene una ductilidad del 2.68%, lo que lo hace un material poco deformable, posee poca ductilidad ya que la diferencia entre el Sut (esfuerzo ultimo) y el Sf (esfuerzo de falla) es limitada. CONCLUSIONES. En esta práctica se observó lo importante que es el ensayo de tensión para la ingeniería ya que lo podemos tomar en cuenta para el diseño de estructuras.

Referencias   

MECANICA DE MATERIALES, James M. Gere, sexta edición Materiales de ingeniería y sus aplicaciones, Flinn Trojan Ciencia e ingeniería de los materiales, Donald Askeland