ENSAYO DE CORTE SIMPLE EN UNA JUNTA EMPERNADA PDF

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Escuela Nacional Facultad de Laboratorio de de Esfuerzos y Vibraciones Laboratorio de de Materiales 1. 7: ENSAYO DE CORTE SIMPLE EN UNA JUNTA EMPERNADA. 2. Grupo: Carpeta: Celeste 2 Integrantes: Esteban Eduardo 1722940598, (Gr1_Laboratorio) Irvin Daniel Almeida, 1720358132, (Gr1_Laboratorio) (Gr1_Ma...

Description

Escuela Politécnica Nacional Facultad de Ingeniería Mecánica Laboratorio de Análisis de Esfuerzos y Vibraciones Laboratorio de Mecánica de Materiales 1. Práctica 7: ENSAYO DE CORTE SIMPLE EN UNA JUNTA EMPERNADA. 2. Grupo: GR-1.2 (2018-B) Carpeta: Celeste 2.1 Integrantes:  

Esteban Eduardo Chalán Martínez, 1722940598, (Gr1.2_Laboratorio) Irvin Daniel Mejía Almeida, 1720358132, (Gr1.2_Laboratorio)



Alejandra Gissela (Gr1.2_Laboratorio)



Robinson Fitzgerald (Gr1.2_Laboratorio)

Quishpe Reascos

Haro,

1723018287,

(Gr1_Materia), (Gr2_Materia), (Gr2_Materia),

Yagloa, 0401648423, (Gr2_Materia),

3. Objetivos:  Evaluar la resistencia al corte de los pernos en una junta empernada.  Identificar el tipo de falla a cortante en los elementos ensayados.  Realizar los cálculos necesarios para asegurar que la junta empernada falle por corte.  Observar la gran importancia que tiene la realización del diseño de una junta empernada para que esta falle a corte.  Distinguir la forma en que se comporta la junta empernada al momento de tener desajustados y ajustados los pernos.  Comparar la correcta realización de los cálculos realizados con los valores arrojados una vez realizado en ensayo de estabilidad. 4. Resumen. Previo al desarrollo de la práctica se realizaron los cálculos correspondientes a los parámetros que son la distancia de perno a perno, el grado de perno; para los materiales a utilizarse como son un par de placas en nuestro de caso de platino, cuatro pernos de grado uno. Continuamente al ya tener las placas empernadas se procede a colocar en la máquina de ensayos universales; en este caso se realizarán dos tipos de ensayos correspondientes al corte simple en el cual los pernos ajustados resistirán una cierta carga y se fracturarán esto por tracción de la junta; luego se ensayarán las placas por tracción donde los pernos estarán flojos. Está práctica nos permite aplicar los conocimientos adquiridos en cuanto al diseño, los resultados obtenidos deben coincidir con los calculados, o a su vez no sobrepasar el 15 % de error. Página 1 de 10

5. Abstract. Prior to the development of the practice, the corresponding calculations were made to the parameters that are the bolt-to-bolt distance, the bolt grade; for the materials to be used as are a couple of plates in our platinum case, four grade one bolts. Continuously after having the bolted plates, it is placed in the universal testing machine; in this case two types of tests corresponding to the simple cut will be carried out in which the adjusted bolts will resist a certain load and will fracture this by pulling the joint; then the plates will be tested by traction where the bolts will be loose. This practice allows us to apply the knowledge acquired in terms of design, the results obtained must match the calculated ones, or in turn not exceed 15% error. 6. Revisión teórica: La cizalladura o tensión cortante es la carga que soporta un elemento al ser sometido a fuerzas de tracción de forma tangencial o paralela a la superficie de aplicación. Los materiales destinados a ser sometidos al ensayo de corte son chavetas, remaches, tornillos, pernos, etc. En la resistencia de un perno a cortante, se debe comprobar que el esfuerzo en dirección normal al perno sea inferior a la resistencia por cortante del perno.

Siendo v la resistencia por cortante. Si el fallo se produce por rotura a cortante del perno la unión presentará un comportamiento frágil. La capacidad resistente de la chapa frente al aplastamiento depende de:   

Distancias de los agujeros a los bordes libres. Distancia entre agujeros medida en dirección de la fuerza. De la clase de esfuerzos sobre la chapa: tracción y/o compresión.

Por lo tanto debido a la tensión del perno existe pre compresión inicial entre las placas por lo que la carga se transfiere por fricción lo no da lugar a que exista un aplastamiento entre agujeros y pernos. No existirá un desplazamiento de los pernos siempre y cuando la fuerza de fricción no exceda la resistencia al corte de los pernos. [2]

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Figura 0.1. Junta empernada. [2] 7. Materiales y Equipos. 7.1. Materiales: 

Pernos.

Figura 0.2. Pernos. 

Junta empernada.

Figura 0.3. Junta empernada. 7.2. Equipos: 

Máquina universal de ensayos.

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Figura 0.4. Máquina universal de ensayos. 8. Procedimiento 1. Sujetar las platinas con uno o dos pernos de manera que la junta empernada contenga a los pernos con su eje perpendicular a la dirección longitudinal de la junta.

Figura 0.5. Platinas sujetas con 4 pernos. 2. Colocar la junta empernada en la maquina universal de ensayos de manera que se ejerza una carga axial a la junta.

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Figura 0.6. Junta empernada colocada en la máquina universal de ensayos. 3. Empezar el proceso de carga. 4. Observar la falla en el conjunto.

Figura 0.7. Falla en el conjunto. 9. Datos Obtenidos Tabla 0.1. Resultados obtenidos ensayo de estabilidad. Pernos Sin Ajustar Ajustados Carga de falla (máxima) 6285,8 6091,7 [lbf]

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10. Cálculos 1. Velocidad de carga. Velocidad de Carga= 11.72 [mm/min] 2. Esfuerzos cortantes máximos en los pernos para cortante simple y/o cortante doble. (1) (2) (3)

Sin Ajustar: (4) (5)

Ajustado: (6) (7)

3. Esfuerzo normal en las pletinas de la junta. Datos: Base de la placa=50 mm Espesor de la placa=6 mm (8)

4. Esquema de falla de la junta.

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Figura 0.8. Falla de la junta. [3] 5. Cálculos que aseguren que la junta falle por corte. Tabla 0.2. Datos obtenidos para la junta empernada. Espesor t [in] 0.4724

PLACA Sy [kpsi]

Su [kpsi]

36

35,98

Diámetro d [in] ¼

PERNO Sy [kpsi] 55

Su [kpsi] 74

-Aplastamiento de los pernos: (9)

-Aplastamiento de la placa: (10)

-Cortante de los pernos: (11)

Debido a que la fuerza calculada por cortante de los pernos es la menor, se asegura que la falla de los elementos se dará por esta causa. 11. Resultados obtenidos: 1. Velocidad de carga. v= 11.72 [mm/min] 2. Esquema donde constar el área de corte.

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Figura 0.9. Esquema área de corte del perno. 3. Carga de falla del conjunto. Tabla 0.3. Carga de falla en la junta empernada. Pernos ajustados

6091,7 [lbf]

Pernos sin ajustar

6285,8 [lbf]

12. Análisis de Resultados 





Como se pudo observar en los esfuerzos cortantes máximos en los pernos y el esfuerzo normal en las pletinas de la junta el cual es mayor dando como resultado la falla del perno por corte antes de que ocurra la falla en la placa por tracción. Al realizar el ensayo de estabilidad en la junta empernada observamos que la junta con pernos sin ajustar resistieron mucho más el esfuerzo máximo que los pernos ajustados, claro está que debieron resistir de manera contraria. El tipo de falla que se presentó en los pernos de la junta es de tipo dúctil.

13. Preguntas 1. Si se tuvieran pernos ajustados y no ajustados. ¿En qué caso de registro la mayor carga de falla? Se obtuvo la mayor carga en la falla con los pernos sin ajustar dando como resultado de 27.96 [kN], que a diferencia con lo carga de falla con los pernos ajustados de 27.09 [kN], esto se debe a que con la carga con los pernos sin ajustar existen fluctuaciones en el proceso, y a diferencia de cuando se realiza con la carga de pernos ajustados esto hace que no exista movimiento en el plano de corte, dando como resultado que se eleve la resistencia en dicho corte. 2. Determinar la resistencia mecánica al corte de los pernos y comparar y comparar con la resistencia mecánica de las pletinas. Pernos ajustados Página 8 de 10

(12)

Pernos sin Ajustar

(13)

Se puede apreciar las resistencias mecánicas de los pernos ajustados el cual es 376.25 [MPa] y la de pernos sin ajustar es 388.33 [MPa], además las resistencias mecánicas de las pletinas tienden a variar entre 540-720 [MPa]. Lo cual muestra que la resistencia de las placas tiene un valor mayor en comparación con los tornillos utilizados. Por lo cual en la práctica los tornillos tienden a fallar primero que las placas. 3. Comparar los resultados experimentales de resistencia al corte, con la resistencia calculada a partir de los datos teóricos.

Comparando los valores teóricos con los valores calculados se puede apreciar que, existen errores de 27.33% con los pernos ajustados y también de un 25% con los pernos sin Ajustar, dichos errores se dan a que en la práctica posiblemente ocurrió deslizamientos muy pequeños en la junta en el momento de realizar el proceso , también se puede dar dichos porcentajes de error ya que los valores teóricos pueden variar muy poco debido a los diferentes autores que se utiliza para encontrar la resistencia máxima. 14. Conclusiones Con base en los cálculos realizados para garantizar que la junta falle por corte, se observa que durante el ensayo los pernos fallan de manera inmediata al llegar a la fuerza máxima para la cual fue sometida manteniendo las placas intactas sin sufrir deformaciones o aplastamientos. Dicho comportamiento se obtiene considerando varios parámetros de diseño para la junta empernada pues al realizar un análisis exhaustivo se determina la posición de los pernos y la separación entre los mismos para un espesor de placas establecido. Luego de observar la falla presentada en los pernos para los dos casos ensayados, se concluye que estos presentan una falla de tipo dúctil debido a su textura tersa y brillante. Los pernos presentan un arrastre lateral en el sentido de la fuerza desgarrante es decir en el sentido de una fuerza axial cuya falla se debe a la elevada carga a la que está sometida la junta empernada. Página 9 de 10

Finiquito que para diseñar una junta empernada debemos tener una consideración de manera obligatoria en los parámetros tales como los esfuerzos normales de las pletinas y los esfuerzos cortantes que deben aparecer en los pernos, con lo cual podemos comparar los valores teóricos calculados con los valores experimentales y deduciremos si tenemos buenos resultados en el diseño realizado. Concluyo que el ajuste que se le dé a los pernos en la junta incide en su renuencia de manera considerable en el mismo dado que al tener un ajuste excesivo resisten menos carga y también puede aparecer deformación. Se pudo determinar que la junta que contaba con un diseño de cuatro pernos empernada cumpla correctamente el objetivo establecido el cual es que solo exista una falla en dichos pernos por el corte y mas no en las pletinas. 15. Recomendaciones: Para el ensayo con pernos ajustados es necesario asegurarse que los mismos se encuentren bien sujetos pues de no ser así, los pernos flojos no trabajarán con los valores establecidos en el diseño y la fuerza de corte disminuirá considerablemente al tener diferentes tipos de ajuste en la junta. Se recomienda no sobre dimensionar la junta y evitar el exceso de material ya que en el campo industrial esto incrementa el costo de producción sin presentar beneficios considerables al elemento. Se recomienda conocer las propiedades mecánicas tanto de los pernos como de las pletinas ya que las mismas influirán en el ensayo. Verificar que el grado de los pernos sea el correcto ya que del mismo dependerá el correcto diseño de la junta y evitar datos finales erróneos. Se recomienda que para obtener una correcta práctica se utilicen materiales que se encuentren normalizados y estandarizados lo cual es de suma importancia al momento de conocer sus propiedades, y que de esa manera se obtenga una buena práctica. 16. Referencias: [1] Fitzgerald. (2007).” Mecánica de Materiales”. México: Edición revisada. [2] UNIONES ESTRUCTURAS METÁLICAS. Obtenido de: http://caminos.udc.es/info/asignaturas/grado_itop/411/contenido_publico/recursos/tema07 .pdf [3] Durand Porras, J.C., Salvador Rojas, Y. E., Muñoz Ochoa, J.G., Hernández

Arcángel, E. Y., & Inga Yauri , C. A. (s.f.). “Esfuerzo y Deformación”. Obtenido de: https://es.slideshare.net/yonelsalvador/esfuerzo-y-deformacion-55326149. [4] Craig, R. Mecánica de Materiales (Tercera ed.). John Wiley & Sons, 2011.

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