LAB 013 - Laboratorio N° 1 Ensayo de Compresión PDF

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Laboratorio N° 1 Ensayo de Compresión

Curso:

:

ELASTICIDAD Y RESISTENCIA DE MATERIALES

Alumno

:

Luis Sánchez Mendizábal

Código

:

1623853

Profesor

:

Ing. DENIS AMERICO MURILLO PARIONA

Ciclo

:

II - Agosto

2020

1. Introducción: El presente informe consiste en el análisis del ensayo de compresión elaborado a una probeta plástica. Si bien no se ha podido realizar la experiencia en tiempo real, el autor posee experiencia en estos ensayos a partir de una carrera previa (metalurgia). En el desarrollo del presente informe se dará interpretación a los datos arrojados y cálculos efectuados a partir de la experiencia planteada.

2. Objetivos: Debemos citar lo que se menciona en “Guía N° 1 – Ensayo De Compresión”: “Estudiar el comportamiento de los materiales metálicos sometidos a cargas de compresión, determinar las propiedades mecánicas (esfuerzo de cedencia, esfuerzo de rotura, rigidez), conocer los factores que influyen en los resultados del ensayo, los tipos de fallas, familiarizarse con los lineamientos de la norma ASTM E-9 (Ensayo de compresión a materiales metálicos).” Sin embargo, luego de superar la experimentación, observamos que el ensayo en si consiste en el análisis de compresión de materiales poliméricos (plásticos), determinación del módulo de Young de la probeta (material desconocido), esfuerzo máximo, resiliencia y tenacidad; así mismo reconocer la grafica de esfuerzo y deformación.

3. Materiales y Equipos: • • • • • • • •

Máquina de Ensayo Universal SM1000 con capacidad máxima de 100 kN (ver Figura 1). Sistema hidráulico de aplicación de carga de accionamiento manual. Sensores de fuerza. Indicador digital de desplazamiento. Probetas de acero para ensayo de tracción, con y sin tratamiento térmico (ver Figura 2). Pie de Rey con carrera máxima de 150 mm. Unidad de Adquisición de datos VDAS. Software de adquisición de datos para el equipo de ensayo de materiales SM1000.

Figura 1: Máquina de Ensayo Universal SM1000 con capacidad máxima de 100 kN.

Figura 2: Probetas de 26.1mm de diámetro.

4. Fundamento Y Fórmulas “Un ensayo de tracción simple suele proporcionar datos suficientes para determinar las propiedades mecánicas en los materiales metálicos (dúctiles). En estos materiales, los límites de rendimiento bajo tensión y compresión son generalmente los mismos. Por lo tanto, no es necesario realizar la prueba de compresión en materiales altamente dúctiles tal como la mayoría de las aleaciones de Al. Sin embargo, en algunos materiales, tales como los frágiles y fibrosos, la resistencia a la tracción es considerablemente diferente de la resistencia a la compresión como se ve en la Figura 1. Por lo tanto, es necesario probar ellos bajo tensión y compresión por separado.

Figura 1. Curvas de compresión y para (a) Hierro fundido gris GCI y (b) Hormigón Los materiales frágiles, tales como hierro fundido y hormigón, son a menudo frágiles en tensión debido a la presencia de grietas y defectos microestructurales. Sin embargo, estos materiales pueden llegar a ser muy resistente al ensayo de compresión, debido al hecho de que la prueba de compresión tiende a aumentar las áreas de sección transversal en las probetas, evitando así la formación de un cuello de botella cuando la probeta está sometida a un esfuerzo de tensión. En un ensayo de compresión se recomienda calcular el acotamiento de la probeta metálica, variación de las dimensiones del material, mediante la ecuación: Δ𝐿 = 𝐿𝑓 − 𝐿0 Por tanto podemos definir la deformación unitaria de la probeta, como la variación en las dimensiones del material después de estar sometida a un esfuerzo de compresión, mediante la ecuación:

Esta deformación es consecuencia de la carga aplicada a la probeta, es decir, al esfuerzo generado por unidad de área, tal como se muestra en la siguiente ecuación:

De las ecuaciones (1) y (2) podemos calcular el Módulo de Elasticidad, de la siguiente forma:

El Módulo de Elasticidad permite evaluar el carácter de mayor o menor rigidez del material, es importante mencionar que este parámetro es inherente al material.”

5. Procedimiento: a. Con la ayuda de un calibrador, de toma el diámetro y longitud de la probeta.

b. Realizar las marcas en la probeta (línea en longitud)

c. Encender y calibrar el lector digital

d. Mediante el uso de la prensa hidráulica, se comprime la probeta

e. Medición de longitud final de la probeta.

f.

Registro de valores obtenidos en el ensayo mediante el software especializado.

6. Tablas de Resultados: 6.1.

Tabla de recolección de datos Material

Lo

Lf

Do

Polm??

78x10-3m

61.5x10-3m

26.1x10-3m

%∆L/L o 24%

Ai 5x10-3m

L0 = Longitud inicial de la probeta Lf = Longitud final de la probeta d0 = Diámetro inicial de la probeta Ai = Área inicial 6.2.

Tabla de datos experimentales, cálculo de deformación y esfuerzo.

ITEM

FUERZA (N)

∆ Long (m)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32

0.0000 4500.0000 9200.0000 13500.0000 18200.0000 22900.0000 27500.0000 32200.0000 36500.0000 40100.0000 42500.0000 44000.0000 43700.0000 41700.0000 38800.0000 36300.0000 33100.0000 33200.0000 33500.0000 33400.0000 30000.0000 32800.0000 30000.0000 34900.0000 38500.0000 39700.0000 38400.0000 34900.0000 34600.0000 33700.0000 34000.0000 32900.0000

0.0000 0.0003 0.0005 0.0008 0.0010 0.0013 0.0016 0.0019 0.0022 0.0026 0.0031 0.0037 0.0044 0.0052 0.0060 0.0068 0.0089 0.0093 0.0102 0.0108 0.0117 0.0121 0.0129 0.0133 0.0137 0.0142 0.0149 0.0157 0.0164 0.0171 0.0177 0.0184

7. Resultados: 7.1. Tabla de deformación es y esfuerzos

Deformación (m)

ESFUERZO Pa

0.0000 0.0036 0.0068 0.0097 0.0132 0.0167 0.0204 0.0244 0.0287 0.0338 0.0400 0.0474 0.0567 0.0671 0.0769 0.0869 0.1138 0.1197 0.1303 0.1386 0.1495 0.1553 0.1654 0.1700 0.1750 0.1821 0.1909 0.2017 0.2104 0.2186 0.2268 0.2360

0.00 8,411,214.95 17,196,261.68 25,233,644.86 34,018,691.59 42,803,738.32 51,401,869.16 60,186,915.89 68,224,299.07 74,953,271.03 79,439,252.34 82,242,990.65 81,682,242.99 77,943,925.23 72,523,364.49 67,850,467.29 61,869,158.88 62,056,074.77 62,616,822.43 62,429,906.54 56,074,766.36 61,308,411.21 56,074,766.36 65,233,644.86 71,962,616.82 74,205,607.48 71,775,700.93 65,233,644.86 64,672,897.20 62,990,654.21 63,551,401.87 61,495,327.10

Esfuerzo máximo

σy max

8224299

(MPa)

7.2.

7.3.

Cálculo del esfuerzo máximo (σmax) y del Módulo de Elasticidad (E).

Material Próximo

σy max (MPa)

E (MPa)

Poliester Thermoset

8224299

2000

Grafica Convencional de esfuerzo vs deformación:

7.4.

Acortamiento porcentual • 24%

7.5.

MODULO DE RESILENCIA Y TENACIDAD • RESILENCIA : 1030948.9576 Pa • TENACIDAD : 15078959.9808 Pa

8. CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES: •

En este primer laboratorio virtual, se ha comprendido los esfuerzos de compresión y los efectos que tienen sobre un cuerpo, es decir la deformación física y los cambios de cualitativos.

•

Según en módulo de Young establecido por la función de la grafica Excel, podemos comprarla con el Poliester Thermoset, puesto que, según la tabla consultadas, su modulo se encuentra entre 2 a 4.1 gigapascales. También existen algunos filamentos de PLA para impresoras 3D que se encuentran cercanos.

•

Queda claro que la importancia de este ensayo es poder hacer cálculos de diseño de mecanismos o estructuras a futuro.

•

La resiliencia y tenacidad mencionadas fueron difíciles de hallar, puesto que el Excel no es un programa idóneo para hallar áreas de curvas.

•

Recomendamos elevar el numero de probetas al menos a dos, quizás otra de polímero, pero con diferente módulo de Young, a fin de poder comprarlas entre sí.

•

Gracias al laboratorio y a los datos obtenidos realizamos cálculos y estudiamos el comportamiento del material ante esfuerzos de compresión. De esta manera complementamos nuestros conocimientos teóricos de la clase.

Bibliografía:

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Polímeros: https://www.sonelastic.com/es/fundamentos/tablas-propiedadesmateriales/polimeros.html GUÍA N° 1 – ENSAYO DE COMPRESIÓN UTP...