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U N I V E R S I D A D A U T Ó N O M A D E N U E V O L E Ó NFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICALaboratorio de Mecánica de MaterialesActividad No.Ensayos y Materiales1459108 Cindy Sanjuanita RamirezSantana507Cd. Universitaria a 27 nov 2020Ensayos de Corte1. Ensayo de TorsiónEl ensayo de torsió...

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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

Laboratorio de Mecánica de Materiales

Actividad No.10

Ensayos y Materiales 1459108

Cindy Sanjuanita Ramirez Santana

507

Cd. Universitaria a 27 nov 2020

Ensayos de Corte 1. Ensayo de Torsión El ensayo de torsión se aplica en la industria para determinar constantes elásticas y propiedades de los materiales. También se puede aplicar este ensayo para medir la resistencia de soldaduras, uniones, adhesivos, etc. La torsión en sí se refiere a un desplazamiento circular de una determinada sección transversal de un elemento cuando se aplica sobre éste un momento torsor o una fuerza que produce un momento torsor alrededor del eje. La torsión se puede medir observando la deformación que produce en un objeto un par determinado. Por ejemplo, se fija un objeto cilíndrico de longitud determinada por un extremo, y se aplica un par de fuerzas al otro extremo; la cantidad de vueltas que dé un extremo con respecto al otro es una medida de torsión. La deformación plástica alcanzable con este tipo de ensayos es mucho mayor que en los de tensión o en los de compresión. Este ensayo se realiza en el rango de comportamiento linealmente elástico del material. Los resultados del ensayo de torsión resultan útiles para el cálculo de elementos de máquina sometidos a torsión tales como ejes de transmisión, tornillos, resortes de torsión y cigüeñales. Las probetas utilizadas en el ensayo son de sección circular. Por ejemplo, se fija un objeto cilíndrico de longitud determinada por un extremo, y se aplica un par de fuerzas al otro extremo; la cantidad de vueltas que dé un extremo con respecto al otro es una medida de torsión. Los materiales empleados en ingeniería para elaborar elementos de máquinas rotatorias, como los cigüeñales y árboles motores, deben resistir las tensiones de torsión que les aplican las cargas que mueven. La deformación plástica alcanzable con este tipo de ensayos es mucho mayor que en los de tracción (estricción) o en los de compresión. Para realizar los ensayos anteriores de tensión y compresión fue necesario de una maquina universal de ensayos mecánicos, pero para poder realizar el ensayo de torsión es necesaria otra máquina. Para realizar este ensayo, es necesario una máquina de ensayo de torsión de las cuales existe una gran variedad de marcas, y todas ellas con distintas especificaciones técnicas. Dichas especificaciones principalmente son el torque máximo que entrega, las dimensiones máximas y mínimas tanto del diámetro como de longitud que las probetas deben cumplir para poder ser colocadas en las mordazas. Estas máquinas cuentan con un registro digital de carga y del Angulo desplazado, es decir que debe haber un display que nos indique cual es el valor de ellos. Anteriormente mencione mordazas, también llamadas Chuck o mandriles que son utilizadas para sujetar a la probeta.

Para el ensayo de torsión la probeta deberá de cumplir con una forma y dimensión que marcará el estándar que seguiremos para realizar el ensayo. La forma de la probeta puede variar ya sea que sea circular o rectangular, pero vamos a enfocarnos en las circulares ya que son las más usadas y además de que las fórmulas que tenemos solo pueden utilizarse en las barras circulares. Y la dimensión del diámetro y de la longitud de la sección reducida dependerán del estándar a utilizar. En cuanto a la forma estas probetas pueden asimilarse mucho a las de tensión, solo que las de torsión son más grandes en ambas dimensiones. En este ensayo de torsión se lleva a la fractura a la probeta por lo tanto examinaremos cuales pueden ser los posibles resultados de la fractura dependiendo por supuesto de cuál sea nuestro material. Al realizar el ensayo de torsión, la probeta está siendo sometida a distintos esfuerzos, el esfuerzo de corte vertical, esfuerzo de corte horizontal o longitudinal y además de un tercero que puede ser esfuerzo de compresión o de tensión.

Los materiales que son dúctiles son más débiles al esfuerzo de corte vertical. Por lo común su fractura es plana y normal al eje de la pieza considerándola sólida. Su textura es sedosa, la ruptura se inicia por corte en las fibras externas terminando en las fibras más cercanas al centroide de la superficie, esto ocurre al vencerse la resistencia ultima al corte. El comportamiento por lo común es de que las superficies de la ruptura no son necesariamente lisas esto ocasiona que las porciones externas actúan como levas rompiendo la pieza en dirección de su longitud y las porciones centrales aun sin fallar posiblemente se rompan por tensión debido a la acción de leva como es el caso de los latones, bronces y hierro fundido. Ahora los materiales que fallan por el esfuerzo de tensión para materiales frágiles la ruptura del material para la cual la resistencia a la tensión es menor que la de corte, ocurrirá por separación en tensión a lo largo de una superficie helicoidal, la fractura por flambeo. Las probetas tubulares de pared delgada de material dúctil y que presenten una mayor longitud en la sección reducida que el diámetro presentan este tipo de falla. Cuando tienen una sección reducida corta fallan por corte

Aquí se muestra lo que es una bitácora para el ensayo de torsión, en donde se puede observar que los datos a rellenar son similares a los de los demás ensayos, primeramente, se presenta el estándar el cual nos indica los parámetros por los cuales se regirá el ensayo, también tenemos el material, y las medidas básicas como lo son el diámetro (exterior e interior), también se incluye el tipo de fractura. Ensayo de Torsión Longitud= Descripción de la fractura

Estándar: Material: Diámetro exterior= Diámetro interior= Angulo de torsión

Par

Distorsión

Esfuerzo cortante

θ

T

γ

τ

0

0

0

0

θ1 θ2

T1 T2

γ1 γ2

τ1 τ2

* * *

* * *

* * *

* * *

Las formulas mencionadas anteriormente para calcular el esfuerzo cortante y la distorsión solo funcionan cuando las probetas son circulares.

τ=

T θR y γ = donde τ es el esfuerzo cortante y γ la distorsiono deformacionunitaria L Z

T seria el valor del par θ es el angulode torsion en radiaes y R el radio dela pieza donde : z=

π 4 D para probetas solidas z aveces se representa por la letra J y es elmomento polar de inecia 16

4 4 π [ D −d ] y z= para probetas huecas 16 D

El diagrama obtenido del ensayo es Esfuerzo cortante – Distorsión puesto a continuación.

De este ensayo podemos obtener el módulo de elasticidad, esfuerzo de fluencia a corte, deformación unitaria de cedencia al corte, esfuerzo máximo a corte, esfuerzo de fractura a corte, deformación unitaria máxima a corte y deformación unitaria de fractura a corte, pero algunas características físicas no se pueden obtener.

2. Ensayo de Corte Directo en Metales El ensayo de corte directo se utiliza especialmente en los metales y con alguna frecuencia en las maderas. En los metales el ensayo es importante para explicar el comportamiento de pernos y remaches que trabajan básicamente a ese tipo de esfuerzo de corte. En la madera la resistencia al corte es importante dada su constitución fibrosa que hace necesaria su verificación en las uniones es tanto por unión o acoplamiento como por piezas metálicas, donde el debilitamiento de las secciones implica a veces grandes esfuerzos de corte. Para el ensayo de corte directo de metales, usualmente se corta una barra en algún dispositivo que apriete una porción de la probeta mientras que la restante es sometida a carga por medio de dados adecuados. Los aspectos del corte que nos interesa cubrir pueden dividirse en cuatro categorías: a. Resistencia al corte de un suelo no cohesivo (arenas y gravas) que es prácticamente independiente del tiempo. Resistencia al corte drenado para suelos cohesivos, en que el desplazamiento debe ser muy lento para permitir el drenaje durante el ensayo. c. Resistencia al corte residual, drenado, para suelos tales como arcillas en las que se refieren desplazamientos muy lentos y deformaciones muy grandes. d. Resistencia al corte para suelos muy finos bajo condiciones no drenadas en que el corte es aplicado en forma rápida. Ensayo consolidado drenado La fuerza normal se aplica, y se demora la aplicación del corte hasta que se haya desarrollado todo el asentamiento; se aplica a continuación la fuerza cortante tan lento como sea posible para evitar el desarrollo de presiones de poros en la muestra.

En la imagen anterior podemos observar la matriz, que es en donde se coloca el otro aditamento donde se recuesta la probeta. Además, en la matriz observamos los tronillos con los cuales apretamos para sujetar y empotrar la probeta.

En la imagen de arriba vemos el aditamento que se coloca en la matriz, este aditamento es donde la probeta es colocada. Están hechos de acuerdo con el diámetro de la probeta que vamos a utilizar. Estos aditamentos son de 3/8 de pulgada es decir 9.52 mm de diámetro para la probeta. Ahora observamos los sujetadores. Ellos se encargan de empotrar a la probeta con la ayuda del aditamento donde se coloca y siendo apretado por los tornillos de la matriz. Ya solo falta el punzón que se coloca arriba de la probeta directamente y es el que está recibiendo la carga que la maquina aplica para luego aplicarla a la probeta.

Después de analizar las partes de la base donde se coloca la probeta de corte se coloca en la maquina universal y se realiza el ensayo y a la vez observamos las fracturas que se dan en la probeta:

La grafica que arroja la computadora para este ensayo no es importante ya que solo nos interesa el valor del esfuerzo máximo. Esta grafica tiene muchos errores ya que tiene flexión, corte y tension. Recordemos que en este ensayo solo obtenemos la máxima carga. Y el propósito de este ensayo es calcular el esfuerzo cortante del material que obtenemos de la fórmula:

τ=

P n As

donde : τ es el esfuerzo cortante P la cargamaxima

n numero de cortes

A s area de corte

As=

π 2 D donde : D es el diametro de la probeta 4

3. Tabal de resultados del Ensayo de Corte Directo en Metales

Tabla de Resultados del Ensayo de Corte Directo Material

Aluminio

Diámetro

D (mm)

9.52

Área de corte

As (mm2)

71.1809

n

2

P (N)

29800

 (MPa)

209.3258

Numero de secciones de deslizamiento o áreas de corte Carga máxima

Esfuerzo cortante directo

4. Referencias https://www.youtube.com/watch?v=3uVBruEczl0 https://www.youtube.com/watch?v=IiYIREnUMD8 Videos Dr. José Luis Cavazos García Mott R. Resistencia de Materiales Aplicada. Tercera Edición. Prectice-Hall Hispanoamericana SA. Mexico D.F., 640 páginas. Hibbeler R, Mecánica de Materiales. Tercera Edición. SA. México D.F....