Mecánica de fractura

Mecánica de fractura

Laboratorio de ciencia de los materiales

Fecha de entrega: 00/00/00

Resumen— La mecánica de fractura se encarga de estudiar todo lo relacionado con las grietas que se presenta en los materiales. No solo se limita aquí también si estas fallas provocan una fractura y las propiedades microestructurales de estas, ósea como se provoca la fractura a nivel estructural (macro y micro) y como ocurre las deformaciones o rompimientos de los granos que componen un material.

Palabras claves— Dúctil, fatiga fisuras, fractura, frágil, granos, mecánica, microscopio, probeta.

1. Introducción

La mecánica de la fractura se encarga de evaluar componentes agrietados con el fin de aumentar su resistencia y como se propagaron las grietas en un material. El trabajo que se llevara a cabo es más un trabajo de observación de materiales ya rotos por diversas formas, ya sea por tensión, comprensión, flexión o impacto y por lo tanto el trabajo que llevaremos a cabo es más un trabajo de fractografía que de mecánica de la fractura. El argumento para decir esto se basa en que la fractografía es el método por el cual se realiza el análisis de las características de la fractura en un material para conocer sus causas y mecanismos, y así conocer los motivos que provocan la falla de materiales. [2] justamente lo que haremos en esta práctica es analizar las fracturas de diversos materiales a simple vista o con lupas y a partir de la observación comentar el tipo de fractura que se presenta. La fractura puede ser Frágil o dúctil o provocada por fatiga, por corrosión, desgaste, erosión liquida o simplemente una combinación de varias causas. [3]

Una fractura frágil es una propagación rápida de la grieta sin deformación plástica. Una fractura dúctil es cuando observamos que el material fue llevado a su límite elástico y posteriormente a rotura. [4]

1. Objetivos:

Objetivo general

Hacer un análisis cualitativo de las fracturas que presentan los materiales ya ensayados.

Objetivos específicos

• Comparar las fracturas de un material con otro.
• Saber la diferencia entre un tipo de fractura u otro.
• Conocer las diversas partes que componen un microscopio.

1. Procedimiento

Para llevar a cabo la practica seguimos los siguientes pasos:

1. Tomar los diferentes materiales de diversos recipientes y con ayuda de la profesora elegir materiales de diversas naturalezas.
2. Buscar las partes restantes de los materiales rotos.
3. Analizar las fracturas de ambas partes del material a simple vista o con ayuda de una lupa.

1. Equipos

• Lupas
• Cámara fotográfica

Materiales

• Ladrillo
• Madera
• Concreto
• Probeta de polietileno
• Trozo de vidrio
• Metal (Aluminio)

1. Formulas

[pic 1]

Donde:

Klc = Tenacidad de fractura

β = Factor adimensional

σ = Esfuerzo en N/m2, psi (lb/pulg2)

α = longitud de la grieta en pulgada

[pic 2]

Donde:

σ = Esfuerzo en N/m2, psi (lb/pulg2)

P = Carga en lb*N

A = Área en pulg2, m2

1. Resultados

1. Observación de fracturas

• Fotografíe las diferentes fracturas observadas y analice. 

[pic 3]

Ilustración 1. Ladrillo

El ladrillo es un material que se utiliza en la construcción por su toque elegante y por la rigidez que aporta a las estructuras, pero esa rigidez no viene acompañada con ductilidad por lo que el material tiende a romperse con facilidad cuando se le aplican fuerzas de forma perpendicular a su superficie. Por esta misma propiedad este material cuando se utiliza en la construcción se acompaña de otros materiales para cuando haya temblores o movimiento de tierra no se rompan.

La fractura que observamos en el material es una fractura frágil provocada posiblemente por una fuerza de flexión.

[pic 4]

Ilustración 2. Madera

La madera es un material compuesto reforzado por su composición natural con fibras, por lo que tiene mecanismos de fracturas muy complicados.

Como puede ver en la imagen no muestra reducción de su área, ni tampoco presenta deformaciones plásticas. Por la forma y comportamiento de la fractura podemos decir que es frágil.

[pic 5]

                  Ilustración 3. Probeta de polietileno

El polietileno de baja densidad es un material que se utiliza, entre otras cosas, para la elaboración de juguetes. [5]

La probeta experimenta una fractura dúctil y fue sometida a un ensayo de flexión. Este tipo de material cuando se experimenta a bajas velocidades tiende a presentar una elongación mucho más pronunciada.  

[pic 6]

                                   Ilustración 4. Pedazo de vidrio

El vidrio es un material inorgánico duro, frágil, transparente y amorfo que se encuentra en la naturaleza, aunque también puede ser producido por el ser humano.​ El vidrio artificial se usa para ventanas, lentes, botellas y una gran variedad de productos.[6] El vidrio es un tipo de material cerámico y cómo podemos ver en la probeta tuvo una propagación rápida de las grietas hasta que se rompió.

Parece ser que el material se rompió mediante impacto porque se muestra una superficie muy diversa en sus áreas de ruptura, también el mismo se nota muy rígido porque no hay indicio de propagación de grietas en el cuerpo. Este vidrio por su físico parece ser obsidiana.

[pic 7]

Ilustración 5. Concreto

El Concreto es una mezcla de piedras, arena, agua y cemento que al solidificarse constituye uno de los materiales de construcción más resistente para hacer bases y paredes. [7] Su punto débil y a la vez fuerte es que no tiene plasticidad y por lo tanto al romperse presentan fracturas frágiles tal y como vemos en la imagen.

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