Universidad Distrital Francisco Jos de Caldas.

1

1

I. ENSAYO DE FLEXIN

Se define como un mtodo mediante el cual se pueden

determinar diferentes propiedades de los materiales, una de

estas es la ductilidad, la cual hace referencia a la capacidad de

deformacin cuando el material se encuentra sometido a una

fuerza pero no genera ruptura. Este ensayo consiste en colocar

una barra soportada en cada extremo en estado libre y

aplicarle una fuerza en el centro de la misma, con el fin de

determinar a una carga elstica la resistencia del material, con

dicho resultado se encontrara el valor de mxima deformacin

que se encuentra en el centro de la barra [1].

Es importante mencionar que la flexin tambin puede ser

causada por momentos o por pares de fuerza como los que

pueden dar como resultado de las cargas excntricas paralelas

al eje longitudinal de la pieza [2].

Cuando el material es sometido a la accin de la carga se ir

flexionando la lnea neutra, denominndose flecha a la

distancia vertical formada entre la posicin inicial de la lnea y

las posiciones instantneas que tome las cuales son medidas en

el lugar en donde la probeta presente mayor flexionamiento

[3].

Cuando se aplica una carga de flexin sobre una barra es

posible observar que en el lugar donde es aplicada dicha carga

se presenta una compresin, por ende en la cara opuesta se

presenta tensin [4]. Para esta prctica de laboratorio se tuvo

en cuenta el ngulo de deflexin y el y mximo que se obtiene

cuales, cuyas formulas son:

=2

16; =

3

48

Las especificaciones de materiales pueden requerir que la

probeta se flexione hasta un dimetro en ocasiones requieren

que una probeta se flexione hasta un dimetro interior

especificado (ASTM A-360, productos de hacer)

En ASTM E-190 se proporciona un ensayo de flexin

para comprobar la ductilidad de las uniones

Las normas ASTM E290, ISO 7438 y JIS Z2248

describen los requisitos para los ensayos de flexin,

para ver la ductilidad de materiales metlicos

ASTM A529: Clasificacin de los aceros segn su

lmite elsticos y su tensin de rotura

II. PROCEDIMIENTO

Para el ensayo de flexin se utiliz la maquina Universal de

ensayo REF. UH 50-A Shimadzu, en la cual es posible realizar

diferentes pruebas, en el caso del ensayo de flexin se somete

la probeta a deformacin plstica por medio de doblamiento.

Figura 1. Mquina universal de ensayo con probeta

ACERO 1020.

Antes de realizar la prueba se deben tomar las medidas de

dimetro y longitud de la probeta que ser sometida a realizar

el ensayo, dicho procedimiento se realiza con ayuda de un

calibrador de pie de rey para determinar el dimetro y una

regla para la longitud. Continuamente se procede a trazar una

lnea en la mitad de la probeta con el fin de facilitar la

ubicacin de esta en la maquina universal de ensayo REF. UH

50-A Shimadzu e impedir esfuerzo diferentes al cortante.

Posteriormente se procede con la calibracin del software de

la mquina universal, que registrara los datos y nos facilita las

grficas correspondientes a cada probeta. La mquina registra

datos de carga aplicada en tonelada fuerza; y datos de posicin

(stroke) en milmetros, obteniendo resultados de relacin de

carga. La fuerza de flexin se aplica a la probeta hasta que

esta alcance una deformacin de 50mm. Para el anlisis de

datos se deben realizar las respectivas conversiones en las

unidades.

III. RESULTADOS

Para la probeta de Acero 1020 gracias a las dimensiones

tomada antes del ensayo y los datos arrojados por la maquina

universal, junto con las respectivas conversiones, se pudo

hallar esfuerzos, momentos, se logr distinguir entre la zona

elstica y la plstica, adems se encontr el mdulo de flexin

respectivo.

PROPIEDADES ACERO 1020

Dimetro 15,77 mm

Longitud 200 mm

Momento de inercia 3035,96 4 Esfuerzo Mximo a flexin 1175,27 /2 Esfuerzo a fluencia 1124,, 33 /2 Mdulo de elasticidad 175741 /2 0,042406 radianes Y mxima 0,002827 m

Tabla 1. Propiedades ACERO 1020.

INFORME DE LABORATORIO MECANICA APLICADA

PRUEBA DE FLEXIN

Forero Diana, Gamboa Janna, Rincn Daniela, Serrano Angie, Verbel Karen.

Facultad de Ingeniera. Universidad Distrital Francisco Jos de Caldas.

Bogot Colombia.

Universidad Distrital Francisco Jos de Caldas.

2

2

De igual forma, se tiene el Acero 1040 y el aluminio, como

materiales sometidos al ensayo del flexin, donde se obtuvo su

grfica Esfuerzo Flector vs Deformacin para cada uno. A

continuacin se observa dicha grfica de los tres materiales

Grfico 1. Esfuerzo Flector vs Deformacin ACERO 1020,

ACERO 1045 Y ALUMINIO

Gracias a la toma de los anteriores datos, se pudo obtener para

cada material sus propiedades respectivas:

ACERO 1040

Tabla 2. Propiedades ACERO 1040.

ALUMINIO.

Tabla 3. Propiedades ALUMINIO.

De cada uno de los materiales se puede obtener su respectiva

zona elstica y obtener la siguiente grfica a analizar.

Grfico 2. Zona elstica ACERO 1020, ACERO 1045 Y ALUMINIO

IV. ANLISIS DE RESULTADOS Cada material tiene diferencias significativas en sus

propiedades, las cuales se deben tener en cuenta al momento

de elegir un material que cumpla con ciertas caractersticas

para su determinado fin.

Para cada material se puede obtener su respectivo diagrama de

fuerzas cortantes y momento flector, analizando la carga

mxima aplicada y se sabiendo que el Momento mximo

flector ser igual a:

=

4

Se obtiene:

A. ACERO 1020: Carga mxima aplicada fue de 9050,3 N.

Grfico 3. Diagrama de fuerza cortante y momento flector

ACERO 1020.

y = 175741x + 14,236R = 0,9995

y = 201706x - 17,465R = 0,9968

y = 51204x + 8,4347R = 0,9967

-200

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 0,002 0,004 0,006 0,008

ESFU

ERZO

FLE

CTO

R (

N/m

m2 )

DEFORMACIN

ZONA ELSTICA (Esfuerzo flector Vs Deformacin)

Acero 1020

Acero 1040

Aluminio

PROPIEDADES ACERO 1040

Dimetro 15,06 mm

Longitud 200 mm

Momento de inercia de la

seccin transversal 2525,05 4

Esfuerzo Mximo a flexin 2053, 77 /2 Esfuerzo a fluencia 1177, 33 /2 Mdulo de elasticidad 201706 /2 0,067609 radianes Y mxima 0,0045073 m

PROPIEDADES ALUMINIO

Dimetro 15,05 mm

Longitud 200 mm

Momento de inercia de la

seccin transversal 2518,34 4

Esfuerzo Mximo a flexin 448, 76 /2 Esfuerzo a fluencia 306, 01 /2 Mdulo de elasticidad 43646 /2

0,0681368 radianes Y mxima 0,0045424 m

0

500

1000

1500

2000

2500

0 0,05 0,1 0,15

ESFU

ERZO

FLE

CTO

R (

N/m

m2)

DEFORMACIN

ESFUERZO FLECTOR VS DEFORMACIN

Acero 1020

Acero 1040

Aluminio

Universidad Distrital Francisco Jos de Caldas.

3

3

B. ACERO 1045 Carga mxima aplicada fue de 13773,9 N.

Grfico 4. Diagrama de fuerza cortante y momento flector

ACERO 1040.

C. ALUMINIO Carga mxima aplicada fue de 3003,7N.

Grfico 4. Diagrama de fuerza cortante y momento flector

ALUMINIO.

Al momento de comparar las grficas podemos encontrar

varias diferencias entre los tres distintos materiales sometidos

a la prueba de flexin.

Si observamos las tres curvas podemos notar que la zona

plstica del aluminio es mayor con respecto a la del acero

1020 y el acero 1040, lo que nos indica que el aluminio es el

material ms dctil y maleable de los tres y el acero 1040 el

menos dctil.

Refirindonos a la fragilidad, y comparando los materiales

respecto al acero 1020 podemos decir que este es ms frgil

que el 1040 pero menos frgil que el aluminio.

Al contrastar las tablas de propiedades de los 3 materiales, y

analizar el mdulo de elasticidad, el cual se define como la

oposicin que ejerce el material debido a que se encuentra

sometido a una deformacin, es posible afirmar que el

material ms rgido es el acero 1040 ya que posee un mayor

mdulo de elasticidad en comparacin al acero 1020 y al

aluminio.

Basndonos en la grfica 2, la cual hace referencia a la zona

elstica de los materiales se puede notar que el punto de

fluencia es menor en el aluminio, lo que nos indica que su

deformacin permanente se dar con un menor esfuerzo; en

contraste con lo anterior el acero 1040 presenta un lmite

elstico mayor en comparacin a los otros dos materiales lo

que hace referencia a que este tiene una mayor zona de

recuperacin.

A travs de los diagramas de momento flector, podemos

observar que el momento flector mximo en los tres tipos de

material se da en el punto medio de la probeta, es decir a una

distancia correspondiente a L/2 de cada extremo, lugar en

donde se encuentra el mximo absoluto. Adems en

comparacin con el esfuerzo cortante, la distancia entre

apoyos es de gran relevancia, mientras que este ltimo

netamente depender de las fuerzas perpendiculares externas

aplicadas en las probetas.

Material Lmite de

fluencia(Mpa)

Esfuerzo mximo

(Mpa)

Aluminio 306,01 448,76

Acero 1020 1124,36 1175,27

Acero 1040 1177,33 2053,77

Tabla 4. Propiedades de los materiales a ensayo de flexin.

En la tabla 4 se puede evidenciar la diferencia entre las

propiedades de los materiales, ms especficamente de los

esfuerzos, desde el ms dctil ( aluminio ) y el ms duro

(acero 1040), podemos evidenciar que entre el acero 1020 y el

1040 el que presenta mayores propiedades de dureza y

tenacidad es el acero 1040 lo que se debe a que presenta ms

contenido de carbono, tambin podemos observar que el acero

es el material ms tenaz comparndolo con el aluminio, lo que

nos indica que el aluminio para pasar de la zona elstica a la

zona plstica necesita de un menor esfuerzo, finalmente

cuando se retira la fuerza que es aplicada a la probeta esta

Universidad Distrital Francisco Jos de Caldas.

4

4

sufre una deformacin permanente ya que dicha probeta

conserva una parte de su propiedad elstica , y es esta la que

logra recuperar el material.

V. CONCLUSIONES

Podemos concluir que cuando la carga que se aplica a la

probeta es retira parte del esfuerzo plstico de esta se

recupera lo que se debe a la resiliencia del material.

Cuando la prueba de flexin es terminada podemos

observar, gracias a la lnea tazada con anterioridad, que

en la parte interna, es decir, en el punto donde se aplic

la fuerza a la probeta, se presentan fuerzas de compresin

y en su lado opuesto de tensin, lo que se debe a que en

este ensayo los esfuerzos influyen en las lneas axiales

del materiales.

En este ensayo el dimetro y la longitud de la probeta no

presentan ningn tipo de variacin, lo cual se debe u

ocurre a que esta prueba es de tipo cortante, por ende las

dimensiones de la probeta no son afectas, sino que se

genera una variacin en la forma radial.

Por ltimo es importante mencionar que los resultados en

las diferentes pruebas de flexin pueden variar

significativamente de los resultados tericos por distintos

factores, tales como las condiciones en la elaboracin de

la probeta, tambin pueden ser generados por errores al

momento de realizar el montaje, condiciones de

temperatura en el laboratorio.

VI. REFERENCIAS

[1] Ensayos Mecnicos, Normas sobre metals. American

Section of the International Association for Testing Materials

ASTM. Disponibilidad Virtual.

[2] M.G. James, J.G. Barry, Mecnica de Materiales,

Ed.Cengage Learning, Pg.353-360. 2009

[3] Portaleso, Flexin. [En lnea]. Disponible en:

http://www.portaleso.com/portaleso/trabajos/tecnologia/mecan

ica/elementos_de_maquinas/flexion.htm

[4] Ensayos Mecnicos, Normas sobre metals. American

Section of the International Association for Testing Materials

ASTM. Disponibilidad Virtual.