Informe Tracción, Resistencia de Los Materiales

8/17/2019 Informe Tracción, Resistencia de Los Materiales

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UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA

Departamento de Ingeniería Mecánica

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1. RESUMEN DE LA EXPERIENCIA

En esta primera experiencia de laboratorio, de resistencia de los materiales, se abarcó el tema de

“tracción” que se define como el esfuerzo mecánico al que está sometido un cuerpo, por medio de dos

fuerzas axiales contrarias, que tienden a estirarlo.

Se realizó un análisis de como dicho esfuerzo, influyó en tres tipos distintos de material, acero, latón

y aluminio respectivamente, con probetas de similares dimensiones, las cuales fueron sometidas a

tracción por medio de un ensayo. De este ensayo se desprende un gráfico de carga v/s estiramiento,

de donde se extrajeron datos de sus curvas, como la zona elástica, zona plástica y ruptura, así como

los puntos de inflexión límites de cada uno de los materiales estudiados.

Para el ensayo se utilizó un dinamómetro universal (máquina de ensayo de tracción); instrumento

requerido para medir fuerzas o pesar objetos, donde en uno de sus extremos se anclaron las probetas,

sometiéndolas a estiramiento. Todos los datos obtenidos fueron tabulados para su posterior análisis y

comparación.

Cada procedimiento durante el transcurso del laboratorio, fue explicado y supervisado por el profesor.

Palabras Clave: Tracción, Estiramiento, Esfuerzo o tensión, Deformación, Ley elástica de Hooke,

Zona elástica, Límite elástico, Zona plástica, Límite plástico, Ruptura, Fluencia.


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2. OBJETIVOS

2.1. OBJETIVO GENERAL:

Familiarizar al alumno con el ensayo de tracción uniaxial para determinar propiedades físicas de los

materiales y conocer su aplicación en el campo industrial, ya sea para medir constantes elásticas y

propiedades de los materiales o controlar la calidad de diferentes aceros y aleaciones desarrollada por

la industria manufacturera.

2.1. OBJETIVOS ESPECIFICOS:

- Capacitar al alumno para identificar en el laboratorio las diferentes máquinas de ensayo

universal. Entre ellas, se puede identificar máquinas de ensayo de tracción de baja compliancia(baja flexibilidad) y, de alta compliancia (alta flexibilidad), con accionamiento hidráulico y

accionamiento a través de tornillos, respectivamente.

- Capacitar al alumno en el ensayo normalizado de tracción según norma nacional

proporcionada por el Instituto Nacional de Normalización (INN) y aplicación del Sistema

Internacional de Unidades (SI) para expresar diversas magnitudes físicas.

- Familiarizar al alumno con las definiciones básicas de la resistencia de los materiales tales

como esfuerzos, elongación, deformación, diagrama de fuerza versus deformación, fractura en

material frágil y fractura en material dúctil.

- Determinar el esfuerzo o tensión de proporcionalidad, el límite elástico, el esfuerzo de

fluencia, el esfuerzo máximo y el esfuerzo de ruptura.

- Determinar la deformación en puntos singulares del diagrama fuerza versus deformación.

- Capacitar al alumno en la determinación del módulo de elasticidad o módulo de Young.


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3. DESCRIPCIÓN DEL MÉTODO SEGUIDO

3.1 CLASIFICACIÓN Y MEDICIÓN PROBETASLuego de una cátedra de introducción al laboratorio, se entregaron seis probetas de tres distintos tipos

de material, las cuales se clasificaron y midieron con el pie de metro, registrando dimensiones como

el Ø del cuerpo cilíndrico y el largo de éste. Cabe destacar, que las dimensiones de éstas probetas para

éste tipo de ensayo, se encuentran normalizadas.


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Ensayo Tracción.

3.2 ENSAYO TRACCIÓN

Una vez clasificadas y medidas las probetas, se procedió a reconocer la máquina de medición, el“dinamómetro universal” capaz de someter las probetas a tracción y registrar sus deformaciones por

medio de un gráfico (zona elástica, zona plástica, límite elástico, límite plástico y ruptura). Las cargas

de ruptura fueron registradas en distintas escalas dependiendo del material de la probeta; de 0 a 10.000

toneladas acero, y de 0 a 5.000 toneladas para las de aluminio y latón. El orden para cada ensayo fue

el siguiente:

- Probeta Aluminio nº1

- Probeta Aluminio nº2

- Probeta Latón nº1

- Probeta Latón nº2

- Probeta Acero nº1

- Probeta Acero nº2

Se regularon las probetas para obtener una mejor fijación a los

anclajes de la máquina y se procedió a realizar el ensayo tomando encuenta las escalas antes mencionadas para cada material. Se aplicó

carga a las probetas, hasta romperlas y registrando los datos.

La velocidad de tracción fue de 3mm a 4mm por minuto aproximadamente.

Terminado el ensayo, la máquina entregó los gráficos de fuerza vs elongación de cada una de las

probetas y se procedió a tomar las dimensiones de éstas nuevamente ya rotas, y tabulando la

información recopilada.


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Gráfico arrojado por la máquina.

4. GRÁFICO FUERZA VS ELONGACIÓN

4.1 GRÁFICO OBTENIDO

Dicho anteriormente, una vez finalizado el ensayo de tracción, la máquina arrojó el gráfico de fuerza

vs elongación, con el cual, posteriormente se podrán determinar parámetros como punto de

proporcionalidad, límite de fluencia y punto de ruptura.

4.2 DETERMINACIÓN CUALITATIVA EN GRÁFICO

Gracias al gráfico entregado por la máquina, y a las lecturas realizadas para determinar la carga

efectuada a cada probeta, por medio de un ajuste de escala, se pueden determinar gráficamente

parámetros como el punto de proporcionalidad, el límite de fluencia y el punto de ruptura

respectivamente de cada probeta según el material. Los resultados se expresan en los siguientes

gráficos:


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Probetas de Aluminio

Probetas de Latón


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Probetas de Acero


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5. RESULTADOS

5.1 RESULTADOS SEGÚN GRÁFICO ENTREGADO


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5.2 RESULTADOS CALCULADOS


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Maquina ensayo tracción.

Medidor de Kgf (según escalas)

Probetas utilizadas.

6. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DEL EQUIPO UTILIZADO

6.1 DINAMÓMETRO UNIVERSAL

- Marca: Losenhausenwerk

- Capacidad: 10 toneladas

6.2 PROBETAS

- Cantidad-Material: 2 Aluminio, 2 Latón, 2 Acero

- Dimensiones: Según plano y tabla anexa


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Pie de metro 200mm.

6.3 PIE DE METRO- Marca: Mitutoyo

- Dimensión máxima: 200mm.

- Precisión: 0.05mm.


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7. ANÁLISIS DE RESULTADOS, COMENTARIOS Y CONCLUSIONES

Gracias a los ensayos de tracción aplicados a los distintos materiales, y por medio del análisis de sus

resultados, se deja en evidencia que cada uno tiene un comportamiento muy distinto respecto al otro.

Se observa que de los tres distintos tipos de material sometidos al ensayo, el aluminio posee un grado

menor de elasticidad y plasticidad, pero con una resistencia a la carga máxima media entre los otros

dos. En el caso del latón, fue el material con mayor plasticidad, pero a la vez, el que más tiende a

romperse con una menor carga aplicada. Destaca el acero con su capacidad elástica, siendo además,

el material que mejor resistió a altas cargas aplicadas. En resumen, se aprecia que de los tres materiales

estudiados, del más al menos resistente a esfuerzos de tracción, fueron el acero, el aluminio y el latónrespectivamente.

Haciendo una observación en los gráficos de las probetas del mismo material, se deja en evidencia lo

poco que varían las curvas de uno respecto al otro, aseverando que el comportamiento de un material

en específico, será siempre el mismo independiente de las condiciones en que se encuentre.

Las conclusiones anteriores, corroboran la importancia de este tipo de ensayos para la aplicación de

los distintos tipos de materiales en el campo de la industria. La capacidad de reconocer, y saber

seleccionar un tipo de material para una tarea o trabajo específico, se vuelve fundamental si se desea

llegar a resultados óptimos, logrando diseños ingenieriles resistentes, perdurables y económicos.


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7. APÉNDICE

Porcentaje de estiramiento: La cantidad de estiramiento que presenta una muestra bajo tensióndurante un ensayo de tracción, a un valor de la ductilidad de un material. La ductilidad de los

materiales comúnmente se expresa como porcentaje de la elongación

Porcentaje de estiramiento = (− ) ∗ 100

Porcentaje de estiramiento de Área: Este parámetro también da una idea acerca de la ductilidad del

material. Utilizando la medida de los diámetros inicial y final, puede determinarse el porcentaje de

reducción en el área a partir de la ecuación

Porcentaje de estiramiento de área = (− ) ∗ 100

Etapas de un material sometido a tracción


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Los diagramas esfuerzo - deformación son graficas que permiten comparar el esfuerzo aplicado versus

si deformación o alargamiento y permiten determinar las propiedades físicas del material a estudiar


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7.1 ECUACIONES OCUPADAS EN LOS CÁLCULOS

Para comenzar el análisis de las probetas y observar el comportamiento de estas frente al

esfuerzo de tracción ocuparemos el cálculo de las cargas de proporcionalidad y ruptura:

Ecuación de Modulo de elasticidad Ecuación Modulo de trabajo

E A

P L

PP

PP

0

0

W d P

Ecuación de tensión proporcional Ecuación de tensión de ruptura

pp

pp

bh

L P

22

3 rup

rup

bh

L P

22

3

Prup: Carga de ruptura, es la carga con la cual el material alcanza su límite elástico y colapsa provocando

su ruptura

Ppp: Es el ultimo valor de la carga, tal que se mantiene el comportamiento proporcional línea de realicen

carga- flecha máxima


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Para el cálculo de las cargas de proporcionalidad y ruptura, se ocupó:

)(

max

)(max

tan

tan*rup pro p

rup pro p P

ciadis

ciadis P

Pmax: carga máxima

Pprop(rup) : carga proporcionalidad (ruptura)

Distancia prop(rup) : divisiones de la carga proporcionalidad en el gráfico

Distancia máx. : Divisiones de la carga máxima en el gráfico

Para el cálculo de diferencia de longitudes de la probeta

|| Lf Lo L

100||

% x Lo

Lf Lo L

L : Diferencia de longitudes

Lo: longitud inicial

Lf : longitud final

Para el cálculo de diferencia de áreas de la probeta

4*

2 D

A

|| Af Ao A

100||

% x Ao

Af Ao A

A : Diferencia de áreas

Ao: Área inicial

Af : Área final

D : diámetro


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La tensión nominal en una probeta sometida a la fuerza axial P y que tiene una sección transversal

Ao está definida por:

0

0

Pσ =

A

σ : esfuerzo a la tracción

P: carga

A: área inicial

Para obtener el Módulo de Young

=

E: Módulo de Young

P: carga axial aplicada

δ: estiramiento

A: sección transversal de la probeta

Para el cálculo de trabajo

W = F X δ

W: trabajo realizado

F: Carga aplicada a la probeta

δ: Deformación de la probeta

La deformación convencional (ingenieril o aritmética) se define por la razón entre la elongación y la

longitud inicial de la probeta.

0

0

ΔLε =

L


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La deformación real se define por el logaritmo natural de la razón entre la longitud

Total L y la longitud inicial Lo, es decir:

0

Lε =ln

L

Lo anterior es una consecuencia de la integración de la ecuación diferencial:

dLdε =

Lo

La tensión real se define por la razón entre la fuerza axial P y la sección transversal A, esto es

Pσ =A


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Diagrama de fuerza vs alargamiento

7.2 DIAGRAMA DE ESFUERZOS

El diagrama de esfuerzos es fundamental para determinar las propiedades físicas de los materiales. Enel diagrama, indicado en la figura 1, se pueden distinguir el límite de proporcionalidad, el límite de

fluencia y el límite de ruptura.

7.3 PROBETA DE ENSAYO

La figura 2 indica las dimensiones de una probeta normalizada.

Dimensiones probeta


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8. BIBLIOGRAFÍA

- GUIA DE LABORATORIO RESISTENCIA DE MATERIALES- E981 ENSAYO DE TRACCION, USACH


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