Ensayo de tracción uniaxial

Ensayo de tracción uniaxial
z
z
z
z
z
Durante el ensayo se miden elongación de la probeta y carga
aplicada.
Con esos datos se calculan tensiones y deformaciones
(ingenieriles) y se traza la curva correspondiente.
De la curva se obtienen el módulo elástico, la tensión de fluencia,
la tensión máxima y la deformación ingenieril a fractura (como
una medida de la ductilidad). *
Después de la fractura, la longitud final y la sección se usan para
calcular elongación porcentual y reducción de área porcentual,
que indican ductilidad del material.
De la carga y elongación se calculan tensiones verdaderas y
deformaciones verdaderas, que sirven para caracterizar el
comportamiento del material en la región elastoplástica.
En el laboratorio
z
z
Se ensayarán 3 materiales y se tratará de
identificarlos a través de los parámetros que se
obtengan del ensayo.
Se usará una máquina de ensayo universal de
baja capacidad (1000lbs). El ensayo se hará a
velocidad constante de desplazamiento de la
mesa.
La máquina de ensayo
Las probetas varios tipos
El ensayo
Normas para la realización
z
z
z
z
IRAM –IAS U 500 – 102 (INSTITUTO ARGENTINO DE
NORMALIZACION, www.iram.gov.ar/)
ASTM E8, E 8M y relacionados (American Society for
Testing and Materials, www.astm.org/)
DIN 50125 (Deutsches Institut für Normung,
www.din.de/ )
Ver también ISO (International Organization for
Standardization, www.iso.ch/)
Los resultados
Marcado de las probetas y registro
z
z
z
Cálculo del área inicial A0=W*T
Cálculo de la longitud calibrada L0= 5.65*√A0
Cálculo de d0=L0/5
Calibración de la máquina y
colocación de la probeta
z
La máquina del laboratorio
Celda de carga (tipo viga S o S-beam):
* máxima capacidad d marco:1400 lbs.
* máximo rango de desplazamiento:2.5 inches
* tasa máxima de desplazamiento: 3.0 in/min
* potencia requerida: 110 V < 0.3 A
* peso total:65 lbs
•
Instrumentación:
* Resolución : carga 0.1 lbs, desplaz.: 0.0001in
* Filtros programables
* Resultados en unidades métricas o inglesas
* Operación remota y registro de datos por puerto
serie RS-232.
*** función de corrección que tiene en cuenta
la compliancia de la máquina (System deflection p 22)
•
Realización del ensayo
z
Las instrucciones
z
Verificamos la unidades.
Verificamos carga máxima admitida.
Controlamos la tasa de desplazamiento de la celda y la del actuador.
Colocamos el desplazamiento preestablecido (valor, forma de onda y
velocidad).
Colocamos en las ventanas las variables a controlar visualmente.
Abrimos la ventana de gráficos (desde ese momento comienza a
registrar).
Comenzamos el ensayo con el botón start y lo concluimos (después de
ruptura) con stop. Si no se llega a ruptura con los valores previstos, se
deberá repetir cambiando los valores.
Grabamos el archivo de datos y cerramos la ventana de gráficos.
z
z
z
z
z
z
z
El acondicionamiento de los datos
1
z
Como los entrega la máquina
z
Pasarlos a planilla de cálculo (Excel)
En el menu Archivo-Abrir-todos los archivos-seleccionar
•
Se abre el Asistente para importar texto (seguir instrucciones)
** paso 1 de 3: caracteres Delimitados - comenzar a importar en fila 1 origen del archivo Windows ANSI - siguiente
** paso 2 de 3: separadores tabulación - calificador de texto “ - siguiente
** paso 3 de 3: selección de columna para formato de datos 1a. – formato de
datos en columna general - finalizar
•
El acondicionamiento de los datos
2
Eliminar las filas iniciales (antes de que el contador de tiempos vuelva a cero) y las finales
(después de la caída súbita de la carga).
Trazar rectas de ayuda para obtener información.
A
A
x
2500
x D
2500
x
M1 M2
x R
2000
Y carga
Y Axis Title
2000
1500
1000
1500
1000
500
500
0
0
0
1
2
3
X axis title
1º gráfico (Origin): ‘sucio’
4
5
6
xC
x
A
0
x
x
B
Z
1
2
3
4
5
X tiempo
2º gráfico (Origin): ‘limpio’ con rectas de ayuda
El acondicionamiento de los datos
3
Tabla de valores
A
x
2500
x
M1 M2
x D
x R
2000
Y carga
z
1500
1000
500
0
xC
x
A
0
x
x
B
Z
1
2
X tiempo
3
4
5
El acondicionamiento de los datos
4
z
Búsqueda del cero para cargas:
z
Búsqueda de la recta que ajusta la zona elástica:
Ajustando por cuadrados
mínimos el tramo [A,B]U[Z-d,Z+d]. Valor obtenido: C0.
Ajustando por cuadrados mínimos el tramo [C,D]. Expresión obtenida:
y= pend * x + ord , notar que x es posición.
z
Gráfico carga-posición:
Búsqueda del cero
para posición: reemplazando
en la ecuación, E0.
pend * X - ord
2500
2000
1500
Y carga
z
A
1000
500
y=C0
0
1,5
1,6
1,7
1,8
X elongación
1,9
2,0
El acondicionamiento de los datos
5
z
En la planilla de cálculo, trasladar el origen (carga-C0, posición-E0) y eliminar
valores negativos:
z
Completar los cálculos : σi=carga/A0, e=alarg./L0, σ=σi(e+1), ε=ln(e+1).
z
Reemplazar los valores de la columna de tensiones verdaderas a partir del valor
máximo.
Completando el ensayo
convencional (a l0)
z
Escalado de la recta de ajuste en zona elástica
(módulo de Young):
σ_uts
σi = pend * L0/A0 * e
G
40000
35000
z Paralela al 0.2%:
y = pend * L0/A0*x - 0.002*L0
30000
σ_0.2
G
35000
Y Axis Title
25000
σ_rot
20000
15000
10000
5000
Y Axis Title
0
-5000
0,00
30000
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
X axis title
25000
0,05
0,10
X axis title
Módulo de Young: E_laton [MPa]
Tensión de fluenc.al 0.2%: σ_0.2 [MPa]
Tensión máxima: σ_uts [MPa]
Tensión de rotura: σ_rot [MPa]
Otras conclusiones
tens.ing.-defo.ing.
tens.verd-defo.verd.
ingenieril
vedadera
50000
50000
X
45000
40000
X
35000
30000
30000
Y tensión
35000
25000
20000
15000
20000
15000
10000
5000
5000
0
0
-5000
-5000
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,00
0,30
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
tens.verd.-defo.verd. X defomación
tens-verd.-defo.ing.
X defo.ingenieril
1.t.verd-t.ing.
vs d.ingenieril
X
25000
10000
Y Axis Title
Y tensión
40000
X
45000
50000
2.t.verdadera vs.d.verdadera
t.ing.vs d.ing.
40000
30000
20000
3.t.verdadera vs.d.verd-d.ing.
10000
0
0,00
0,05
0,10
0,15
X axis title
0,20
0,25
0,30
Aproximaciòn de Hollomon
tens.verd.de rotura
50000
X
45000
40000
Y Axis Title
35000
30000
25000
20000
15000
tens.verd.-defo.verd.
aprox. de Hollomon
10000
5000
0
-5000
0,00
0,05
0,10
0,15
X axis title
z
.
0,20
0,25
0,30
σ = K * ε^n, n = εmax ,
K = σmax / (εmax ^ εmax)
Aproximación de la tensión
verdadera de rotura marcada
en el gráfico
Los tres materiales
50000
tens.-def.ing.
tens.-def.verd.
ajuste rango elástico
aprox. Hollomon
40000
45000
35000
40000
30000
25000
30000
Y Axis Title
Y Axis Title
35000
25000
20000
15000
tens.ing.-defo.ing.
tens.verd.-defo.verd.
aprox. de Hollomon
10000
5000
0
20000
15000
10000
5000
0
-5000
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,0
0,1
X axis title
0,2
Latón
0,4
Acero
30000
25000
Y Axis Title
20000
15000
tens-def ing.
tens-def verd.
aprox.rango elast.
aprox.Hollomon
10000
5000
Aluminio
0,3
X axis title
0
-0,02
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
X axis title
0,12
0,14
0,16
0,18
Los tres materiales
latón
acero
aluminio
40000
50000
35000
30000
40000
25000
Y Axis Title
20000
15000
30000
20000
10000
10000
5000
0
0
-0,05
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,00
0,05
0,10
X axis title
1.t. ing.
vs d.ingenieril
0,15
0,20
X axis title
2.t.verdadera vs.
d.verdadera
X
50000
45000
X
40000
35000
30000
Y Title
Y Axis Title
latón
acero
aluminio
X
25000
20000
latón
acero
alumunio
15000
10000
3.aprox. de Hollomon
5000
0
0,0
0,1
0,2
0,3
X Title
0,4
0,5
Análisis de los datos
Establecer características de cada material ensayado
z Qué estudios (no mencionados en esta presentación)
podrían hacerse con los datos y las piezas ensayadas
z Buscar en la bibliografía y tratar de caracterizar los
materiales sabiendo que genéricamente se trata de
* Un acero laminado en frío de bajo C
* Un latón
* Un aluminio recristalizado
z Hacer análisis comparativo de las características de
los tres.
z
El informe y las conclusiones
Objetivo
z Equipo utilizado (descripción)
z Procedimiento experimental
z Resultados sobre cada material y comparativos:
* de la curva de tensión-deformación convencionales –
aproximación en rango elástico
* de la curva de tensión-deformación ingenieriles –
aproximación de Hollomon
* Análisis de los resultados obtenidos y justificación
z Conclusiones
z
Algunos links interesantes
z
z
z
z
z
z
z
z
z
z
z
www.interactiveinstruments.com/
www.tecquip.com/
www.sweethaven.com/
www.stfx.ca/
www.polial.polito.it/
www.tu-darmstadt.de/
www.steel-n.com/
www.me.uh.edu/
www.me.umn.edu/
www.alleghenyludlum.com/
www.sae.org/