Laboratorio ensayo dinamico

Resumen.

Se realizó un ensayo dinámico, de flexión y tracción, para calcular la resiliencias de flexión del acero y latón, y las resiliencias de tracción acero, latón, cobre y aluminio, con probetas normalizadas. A través de un péndulo de Charpy se analizó la energía residual después del ensayo con la primera ley de la termodinámica, y se obtuvieron los trabajos realizados, posteriormente se corrigieron asumiendo que existe una pérdida del trabajo en el péndulo. Se tabularon los datos obtenidos del péndulo y se calculó la resiliencia para cada probeta, y el promedio y la desviación estándar según material para cada resiliencia (tracción y flexión), posteriormente se concluyó que el acero absorbe más energía que el latón en flexión, y que las resiliencias de tracción del cobre y el aluminio son muy similares.

Índice.

Tabla de contenido

Resumen.        2

Índice.        3

Índice de figuras.        4

Índice de tablas.        4

Introducción.        5

Instrumentación.        6

Objetivos generales.        7

Objetivos específicos.        7

Presentación de datos.        7

Análisis de datos        8

Conclusiones.        9

Índice de figuras.

Ilustración 1 Esquema péndulo de Chapry        5

Índice de tablas.

Tabla 1 Resumen, dimensionamiento y ángulo final, para probetas de flexión de forma de paralelepípedo        7

Tabla 2 Resumen, dimensionamiento y ángulo final, para probetas de tracción de forma de cilíndrica        7

Tabla 3 Resumen, datos del péndulo, masa, radio, ángulo de largada, ángulos para cálculo de factor de corrección        8

Tabla 4 Resumen resultados resiliencias, promedios, desviación, para la flexión        9

Tabla 5 Resumen resultados resiliencias, promedios, desviación, para la tracción        9

Introducción.

Se define resiliencia, como una característica de los materiales, a la energía que puede ser acumulada en éste por unidad de volumen o área (sea en forma de tracción o flexión) antes su ruptura. El estudio de la resiliencia es clave ante el diseño de partes mecánicas en un sistema que sufren grandes cargas aplicadas repentinamente y en un tiempo muy pequeño, es el caso de por ejemplo los martillos, el conjunto motriz (cilindro pistón, cigüeñal, etc), cámaras de combustión de armas, conjunto de amortiguación, etc, en el estudio se aplica en todo en donde los sistemas no están en un estado de cuasi-estático (en donde una fuerza externa que se aplica al sistema solo hace que el sistema éste muy aproximado al estado inicial de dicho sistema).

El ensayo mecánico más comúnmente realizado, por su simplicidad y costo bajo, es el que corresponde al péndulo de Chapry, y el procedimiento puede dividirse en dos partes:

Resiliencia a la flexión:        Una probeta normalizada según la norma UNE 7475-1:1992, del material a analizar, de forma de paralelepípedo, con una entalladura en forma de V, de sección transversal A, es puesta, con la entalladura contraria en el área de contacto que tendrá con un péndulo, en el punto en que éste último adquiere una velocidad cinética mayor, y que tiene cierta masa m, el péndulo tiene un bisel en forma de V invertida, el péndulo se desplaza de cierta altura, golpeando y eventualmente, rompiendo la probeta, continuando su camino se desplazara hasta otra altura, que debe ser menor a la que inicialmente el péndulo partió, esto es debido a la energía que se requirió para romper la probeta.

Resiliencia a la tracción: el método es como descrito anterior, sin embargo, la probeta, de forma cilíndrica, es adosada a la parte posterior del péndulo y adosada a la probeta está una barra de acero muy robusta, la cual cumple la tarea de que al momento de que el péndulo adquiere la mayor energía cinética, choque contra unos topes que impedirán el movimiento de la probeta, sin embargo, el péndulo llevando una gran inercia y energía cinética continuara, por lo que la probeta se romperá. El análisis es análogo a como fue descrito anteriormente.

A continuación se muestra un esquema del péndulo:

[pic 2]

Ilustración 1 Esquema péndulo de Chapry

Basándose en el primer principio de la termodinámica y asumiendo que no existen perdidas ni ganancias de calor y considerando la masa de la probeta despreciable:

[pic 3]

[pic 4]

Por tanto para la resiliencia es:

[pic 5]

[pic 6]

Sin embargo, se deben hacer corrección de los ángulos de salida  dado que no es un sistema ideal, es decir, existen fricciones y otros factores que alteran la energía del sistema, como el arrastre de la aguja de medición, un método es hacer una oscilación libre del péndulo en donde el péndulo arrastra la aguja completamente , otra oscilación libre, en donde el péndulo arrastra lo menor posible la aguja de medición  y otra transcurrida cierto número de oscilaciones , al comparar el ángulo final de cada una se puede encontrar un factor de corrección:[pic 7][pic 8][pic 9][pic 10]

[pic 11]

El cual debe multiplicarse a los ángulos obtenidos, n es la oscilación n-esima.

Otra forma, más simple, es asumir que existen perdidas de energía por lo que se debe considerar en el plantíamente de la primera ley de la termodinámica:

[pic 12]

En donde E es energía, W el trabajo perdido debido a los roces, este trabajo debe quitarse al trabajo obtenido debido a la rotura.

Instrumentación.

Pie de metro Capacidad de 260 milímetros como cota máxima, con una sensibilidad de 0,02 milímetros.

Péndulo de impacto tipo Charpy, Masa de 19,333 kilogramos, Radio de 0,8 metros y ángulo de Largada de 160°.

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