Diseño y fabricación de Máquina para medir deformación elástica y fuerza de torsión de Arco de PVC PDF

Preview

Summary

pre informe que deslumbra como hacer mediciones en arcos de tiro de pvc...

Description

Diseño y Fabricación de Máquina para Medir Deformación y Esfuerzos de Arco de PVC Duver A. Lozano Yepes Departamento de Ingeniería Mecánica Medellin, Colombia [email protected]

Mateo Betancur Ospina Departamento de Ingeniería Mecánica Medellin, Colombia [email protected]

Elkin S. Rojas Loaiza Departamento de Ingeniería Mecánica Medellin, Colombia [email protected]

Nora M. Zapata R.

Mario E. Terán Benavides

Departamento de Ingeniería Mecánica Medellin, Colombia [email protected]

Departamento de Ingeniería Mecánica Medellin, Colombia [email protected]

Abstract—In this project, a machine that allow take the bow to the imminent firing position, will be designed and build. It also will allow to measure in the bow the mechanical properties, with measuring instruments that the machine will provide itself. All this with the objective of analyze the stronger and weak points in the bow’s structure. With these elements we are looking for to be able to predict the behavior of the bow under the maximum force. Keywords—Bow; PVC; Machine; effort; deformation; Draw weight; torsion.

Resumen- En este proyecto se diseñará y construirá una máquina que permita llevar un arco a la posición de disparo inminente y medir en él sus propiedades mecánicas, con instrumentos de medición que la misma máquina proporcionará, con el objetivo de analizar los puntos más fuertes y más débiles en su estructura. Con estos elementos buscamos poder predecir el comportamiento del arco bajo la máxima fuerza de apertura.

Palabras clave- Arco; PVC; Máquina; esfuerzos; deformación; libraje; torsión;

I. introducción El deportista Diego Torres introdujo al tiro con arco Colombiano un arco de PVC[1] que permite replicar el funcionamiento de un arco recurvo olímpico, con la diferencia de que ésta alternativa posibilita la iniciación de las personas en el deporte de una manera más económica. Sin embargo, se han notado algunos limitantes a la hora de ponerlo en práctica, debido a que bajo ciertas solicitaciones en condiciones normales de disparo, el material falla mecánicamente. Para conocer las deformaciones y esfuerzos que presenta el arco se realizará un estudio con el fin detectar los puntos más críticos del arco y la cantidad de fuerza a la que éste falla; para

ésto se construirá una máquina que permitirá replicar las condiciones de funcionamiento normal, con instrumentos que podrán medir la cantidad de fuerza, deformaciones, desplazamiento y esfuerzos en diferentes puntos del arco. Además, se llevará el arco a esfuerzos extremos para inducir intencionalmente la falla y observar, mediante los dispositivos de medición instalados en la máquina, la fuerza real que soporta el material y compararla con los datos calculados mediante las teorías de falla.[2] II.

desarrollo

La máquina se conformará de una base y diferentes subsistemas, cada uno encargado de realizar una parte del análisis del arco de PVC. Entre ellos se encuentran el empotramiento, que permitirá sostener fijamente el arco a la máquina y a la vez manipularlo cuando sea necesario, en él se instalarán dispositivos que cuantifiquen las magnitudes físicas del arco durante su apertura; el simulador de apertura, que permitirá llevar la apertura del arco hasta la posición de disparo inminente, contará con un freno de trinquete para suspender el movimiento de apertura en la posición que sea necesaria; los instrumentos de medición, que brindarán las propiedades del material durante la apertura del arco. A. Empotramiento La función del empotramiento es mantener el arco fijo a la máquina, y simular el agarre de la mano en la empuñadura. El diseño del agarre brindará estabilidad al arco, lo que implica menos incertidumbre en los datos de las mediciones. El sistema de anclaje del arco a la máquina se fabricará en madera y con bridas plásticas que mantendrán la empuñadura del arco en la posición adecuada.

posicionará una cámara fija perpendicular al desplazamiento de la cuerda del arco (ver imagen 3). Dicha vista muestra la mayoría de elementos en el arco de PVC, por lo tanto la cámara capturará el movimiento del arco desde su posición normal hasta la posición de disparo inminente o el punto de falla en sus concentradores de esfuerzo. Con este material videográfico se podrán medir o escalar las magnitudes necesarias, posiciones en los esfuerzos y deformaciones que presenta el arco de PVC.

El diseño se realizó en solidwork a escala 1:1

Imagen 1. Elaboración propia: Duver Lozano

B. Simulador de Apertura En la plataforma de empotramiento se colocará un simulador de apertura, cuya función es simular el agarre de los dedos del arquero con la cuerda del arco, y replicar el movimiento de apertura. Dicho instrumento tiene un eje que permite enrollar sobre él una cuerda que está sujeta a la cuerda del arco, específicamente en el nocking point. El eje está montado sobre un par de rodamientos que facilitan su giro; también tiene en un lado una manivela que permite darle vuelta al eje (Y por lo tanto abrir el arco) y del otro lado un freno de trinquete, que permite suspender el movimiento de apertura en la posición que sea necesaria, para poder tomar medidas en varios momentos durante la misma.

Imagen 2. Elaboración propia. C. Metrologia 1.

Posicionamiento: El plan de posicionamiento consta de tres métodos prácticos, que son la medición a través de análisis de video, medición de distancias con el flexómetro y medición de los grados con la ayuda de un graduador. Los anteriores métodos serán complementados con fundamentos matemáticos para lograr datos más precisos.

a)

Medición a través de análisis de video:

Se

Imagen 3. Elaboración propia. b) Medición de distancias con el flexómetro: El uso de un flexómetro fijo a la empuñadura del arco brindará la magnitud máxima de la apertura hasta la posición de disparo inminente o el punto de falla del arco sometido a flexión. Al restar la distancia inicial (distancia entre la empuñadura y la cuerda en estado inicial) y la final (posición de disparo inminente o falla del material) se obtendrá la distancia del recorrido. c) Medición del ángulo con ayuda de un transportador: Un transportador fijo a la empuñadura del arco dará información sobre el ángulo al cual se flecta el arco en determinada posición, trazando una tangente del centro del graduador hacia la curva que genera la apertura del arco. 2. Fuerzas Con el propósito de medir y cuantificar experimentalmente la fuerza de acción externa en la que, simulando un disparo, el arco alcanza su límite elástico y se deforma o falla, se utilizará un montaje conformado por un dinamómetro unido por un extremo a la cuerda del arco en el nocking point, y el otro extremo a la cuerda externa que modifica el estado del arco; además, se le instalará cerca a la empuñadura un torquímetro (o una galga extensiométrica) para determinar la intensidad de la rotación que ejerce la excentricidad del agarre de la cuerda sobre el tubo que compone el cuerpo del arco.

Imagen 3. Galga Extensiometrica [http://es.omega.com/pptst/SGD_LINEAR1-AXIS.html] 4. Fotoelasticidad Con el fin de realizar un análisis de esfuerzos en el arco, se utilizará la técnica de fotoelasticidad, la cual permite observar por medio de colores la distribución de esfuerzos y las zonas en las que hay más concentración de éstos. Esta técnica presenta dos variaciones: transmisión y reflexión, en este caso se usará el método de reflexión, que consiste en la adhesión a la pieza de un plástico especial sensible a los esfuerzos, luego de aplicar las cargas se ilumina la zona a estudiar con luz polarizada por medio de un polariscopio, y al observar por el polariscopio ser visualizan los esfuerzos a través de colores.

Imagen 4. Dinamometro digital. Tomado de [https://www.kern-sohn.com/es]

3. Deformaciones En cuanto a las galgas extensiométricas, también serán utilizadas con el fin de medir las posibles deformaciones que presenta el arco; las galgas son transductores pasivos (los transductores son dispositivos que transforman una energía de entrada en una energía distinta de salida) que al ser colocados sobre un material permiten medir las fuerzas aplicadas a este a partir de las deformaciones resultantes. Al presentarse una deformación en el material se presenta una variación en la resistencia eléctrica de la galga, esto se debe a su efecto piezorresistivo lo cual da información de fuerzas de compresión, tracción y torsión aplicadas al objeto. Las galgas son utilizadas para medir fuerzas bajo tres condiciones distintas: Estáticas: Estructuras sometidas a cargas fijas. Mixtas: Estructuras sometidas a cargas de variación rápida. Dinámicas: Acciones de variación rápida.

Imagen 5. Ensayo de fotoelasticidad [https://alliance.seas.upenn.edu/~medesign/wiki/uploads/Mai n/photoelasticity2.jpg]

III. conclusión Se diseñará y construirá una máquina que proporcione datos experimentales, los cuales servirán para corroborar la precisión de las teorías de falla. La metrología permitirá conocer la magnitud de la apertura y la dirección en la torsión del arco para posicionar los puntos que sean considerados importantes durante la apertura del arco y los esfuerzos máximos del mismo. Los datos obtenidos nos brindaran herramientas para proponer posibles mejoras estructurales al arco.

REFERENCES [1] [2]

Diego torres, creador del arco de PVC R.C Hibbeler,.”Mecánica de Materiales” Octava Edición, (editorial), (año)

[3]

I.S. Jacobs and C.P. Bean, “Fine particles, thin films and exchange anisotropy,” in Magnetism, vol. III, G.T. Rado and H. Suhl, Eds. New York: Academic, 1963, pp. 271-350. K. Elissa, “Title of paper if known,” unpublished. R. Nicole, “Title of paper with only first word capitalized,” J. Name Stand. Abbrev., in press.

[4] [5] [6]

[7]

We suggest that you use a text box to insert a graphic (which is ideally a 300 dpi resolution TIFF or EPS file with all fonts embedded) because this method is somewhat more stable than directly inserting a picture. To have non-visible rules on your

Y. Yorozu, M. Hirano, K. Oka, and Y. Tagawa, “Electron spectroscopy studies on magneto-optical media and plastic substrate interface,” IEEE Transl. J. Magn. Japan, vol. 2, pp. 740-741, August 1987 [Digests 9th Annual Conf. Magnetics Japan, p. 301, 1982]. M. Young, The Technical Writer’s Handbook. Mill Valley, CA: University Science, 1989. [8] D. Velásquez, “construcción de un banco de pruebas para ensayos de fotoelasticidad” [9]

“Medidores de deformación por resistencia: galgas

extensiométricas,” no. 34, pp. 7–12, 2007....