r f {'i .'+ ,l ESPECIFICACIONES DEL }IODT'LO DE LEn¡A Las especiflcaciones funclonales del Modulo de Leyva son: Presión máxima de operación Fuerza en el cillndro princi.pal máxlma de operaclón 4.O Kg,/cmz a Ia presión Empuje Retorno Diámetro del émbolo principal 40.0 Carrera del émbolo principal 100.0 Fuerza en el cilÍndro secundario a la presión máxima de operación 5.0 Diámetro del émboIo secundario mm mm Kg 16.0 mm Carrera del énbolo secundario 25.0 mm Distancia náxima entre apoyos para flexión 620.0 mm Longitud máxima de Ias columnas 400.0 mm Diámetro máxi¡no de los resortes a compresión 70.0 run 48 Kg 42 Kg r Figura Z. Arreglo esquemático deI Módulo, flexión de una viga. para la prueba de a Figura 3. Arreglo esquemático torsión de una barra. del Módulo, p?r-? Ia prueba de ,/ Figura 4. Tipos de apoyos del I'lódulo, para la prueba de pandeo columnas. 10 de Figura 5. Accesorios del }lóclulo, para la prueba de resortes heI icoidales. 11 PMCTICA No. FLEXION DE TJNA VIGA SII,IPLEHEI{TE APOYADA SUS DOS EXTRn{OS Y SOUETIDA A IJNA n{ CARGA CONCEITITRADA. I la OBJETIVO: del Módulo de Leyva, se espera que el alumno verifique de manera experimental, los conocimientos teóricos adquiridos referentes al comportamiento a La flexión de una viga simplemente apoyada, sometida a una carga concentrada aplicada en el centro del claro. Con ayuda 12 II AITECEDEXTITES TEORICOS La lnportancla de Ia determlnaclón de la deflexlón que sufre una vlga cuando se Ie somete a ra acclón de una carga externa, se basa en hecho de que eI proyecto o diseño de la mlsma queda deterninado mas bien por su rlgldez que por su reslstencia; por eJempro, cuando se proyectan elementos de máquinas de preclsión tales como tornos, fresadoras, taladros, cepillos, etc. ras defornaclones se limltan a valores por debaJo de las toreranclas permltidas para el trabaJo que se va a realizar 11l. Existen varios métodos para Ia determinación de la defornación que sufre una viga sometida a eargas; por ejemplo: er método de Ia doble integración, er método deI área de momentos, el método de ra viga conjugada, er método de superposisión de efectos; todos erlos se basan en los mismos principios difiriendo tan sólo en la técnica utiLizada y los objetivos inmediatos. La ecuación diferencial de la etástica de una viga se deduce partir de consideraciones de equilibrio y de la cinemática de ros desplazamientos, quedando expresada como [1] a : .2 ttd\=y ( clx 1) Ia ecuación del momento flector como una funeión de "x"; integrando la ecuación anterior, considerando que el producto EI es constante se obtiene: Donde M nos representa rt:l=J Mdx+C1 (2) 13 es la ecuación de la pendlente y nos permlte deternlnar su valor en algún punto de Ia vlga, a lo Iargo de su dlstancla entre Que apoyos. eI Integrando de nueva cuenta Ia ecuaclón producto EI es constante se obtlene: EIv=JItt*l] anterlor, conslderando que dx+crx+c, (3) Que es la ecuación de la elástica de la viga y nos permite determinar el valor de Ia ordenada "y" en algún punto de la viga, a lo largo de su distancia entre apoyos; Las constante= c1 y c2, determinan a partir de las condiciones de sujeción de Ios extremos la viga. se de Para los propósitos de esta práctica, considerando que 1a viga se somete a la acción de una carga concentrada aplicada en eI centro del claro, véase la figura 1. Figura 1. - Configuración geométrica de la viga 74 Las ecuaclones relaclonadas 'con el conportamlento de la vlga estudiada en esta práctlca son ras slgulentes t1l ,l,z'!, [3J, [4]: Reacclones en Re = los apoyos: \ =+ (4) Ecuación de momentos: M=;x-P.*-!r (s) Pendientes: o ,2 oA=gB=*+ ( 6) Deflexiones: "=#S ftt'--'] ; para: o=xs| (r) Deflexión máxina: PL . L ó=ag-ET;enx=j (8) 15 II EQUIPOS, INSTRT'I.IEI.ITACION Y I,IATERIALES Para Ia realizaclón de esta práctlca se requleren los sigutentes equlpos, lnstrumentos de medlclón, herramientas y materlales: EQUIFOS: Módulo de Leyva con los sigutentes accesorios: o Tres conJuntos de pistón-ciríndro auxlrlar de stmpre efecto (11) con nanónetro (14), várvura de aguJa (1s), válvula de purga (16) y tubería de conección aI cabezal distribuidor. INSTRUHE}ITOS DE I{EDICION: 1. Medidor de carátula con brazo 2. Flexómetro. retráctil y base magnética. HERRA}IIENTAS: 1. Juego de llaves "ALlen". 2. Llave española mixta de 7 T/16". }IATRIALES: 1. Probeta de acero rolado en frío; de sección transversal 15 x 15 mm y 620 nm de longitud. cuadrada de 2. Probeta de aluminio; de sección transversar rectangular 15 x 20 nn y 620 mm de longitud. 76 de III PROCEDIüIENTO Er procedlnlento que aquf se descrlbe es genérlco, sln enbargo antes de su aplicaclón es necesarlo verlflcar que se tengan a ra mano tanto 1os erenentos requerldos para Ia rearlzación de la práctlca (equipos, instrumentación, herramientas, probetas, etc), como ras condiciones operativas der módulo de Leyva, es decir que se cuente con suministro de aire conprimido a una presión mÍnima de 6 [bar]. 1. - Verificar que la váIvula de alimentación del cillndro de carga (5) en eI modulo de Leyva, este cerrada (girar en sentido horario ) . 2.- verifique que ra presión en el regulador de presión del modulo (4), indique como máximo una presión de 6 [bar] ; si no es asü ajustar la presión con la váIvula del regulador. 3. - los empotramientos del moduro, y coloque los conjuntos de pistón-cilindro auxiliar (11 ) como reacciones R1 y Rz, separados entre si la distancia deseada (0.5 o 0.7 [m]); cuidando que el cilindro principal (T), quede aplicado justo al centro del claro de la viga. Desmonte 4.- verifique y anote las dimensiones de la viga de acero, ruego co}óquela (usar los insertos), apoyada sobre los cilindros auxiliares (11), separados una distaneia de 0.5 tml entre si. 5.- coloque Ia palanca de ra válvura de cuatro vías (6), en posición C, abrir lentamente Ia váIvula de alimentación (S) aI cilindro principal (7), (girar en sentido antihorario), hasta que el vástago der cilindro toque la superficie de ra viga muy J. 6. igeramente. - colocar el indicador ajustable de carátura con base magnética, de nanera que er palpador toque la parte inferior de la viga y al centro. En seguida ajuste a cero ra carátula indicadora. 17 7.- Ia abertura de Ia váIvula de alimentación del clllndro prlnclpal (7), hasta que eI manó¡netro (g), lndlque eI valor de preslón lndlcado en la tabla 1. 8.- Para cada nuevo valor de la carga apllcada, mlda y registre los valores de las deflexlones de la viga en Ia tabla 1. 9.- Una vez ternlnadas Incrernente las medlciones, mueva la palanca de la válvula de cuatro vÍas (6), a ra poslción T, cerrar lentamente la válvula de alinentación (5) al cilindro principal (7), (girar en sentido horario), hasta que er vástago del cirindro se aleje de la superficie de Ia viga. Repita el procediniento anterior, haciendo variar ra longitud entre apoyos de la viga, ahora para un valor de o.7o [m]; anote sus nuevos resultados en }a tabla 2. Repita eI procedimiento anterior usando ahora la viga hecha de aruminio, considerando que se apoya primero en el- lado angosto de su sección transversa] rectangurar, usando una longitud entre apoyos de 0.50 [m] y 0.70 [m]; anote sus resultados en las tablas 3 y 4, respect ivanente. Repita el procedimiento anterior usando ra viga de aLuminio, considerando que se apoya ahora en el lado ancho de su sección transversal rectangular, usando una longitud entre apoyos de o.50 tm] y 0.70 [m]; anote sus resul.tados en ras tabras 5 y 6, respectivamente. 18 vrGA srllPLElrENTE LONGITUD EI'ITRE ApoyADA 0.5 ApOyOS: CILINDRO PRINCIPAL CARGA APLICADA Carga No. IONES TEORICA E)(PERIM. ERROR 6 a 6t tNl lml 725.66 200 257.32 300 376.99 400 502.65 VIGA SIl.lPLEl'fiI.ITE APOYADA LONGITLID E{TRE APOYOS: O.T CILINDRO PRINCiPAL CARGA APLICADA Carga P tNl 100 125.66 200 257.32 300 376.99 400 502.65 e Im] Í%l IIATERIAL: Acero rol.ado en tml TABLA Presión lKPal 1 DEFLE P 100 frÍo. tml TABLA Presión [KPa] Acero rorado en I.íATERTAL: No. 2 DEFLE IONES TEORICA EXPERIM. ERROR 6 a 6t lml e Im] t9 Í%l frÍo. VIGA SI}IPLDIE.JTE I{ATERIAL: Aluminlo. APOYADA LONCITUD EI,ITRE APOYOS: 0.5 lml BASE DE APOYO: Lado angosto No. TABLA CILINDRO PRINCIPAL CARGA APLICADA Preslón lKPal Carga DEFLE IONES TEORICA E)(PERIM. ERROR 6t 6 e P tNl lml 100 125.66 200 25I.32 300 376.99 400 502.65 VIGA SII{PLE}IEI.ITE O.T lml BASE DE APOYO: [m] TABLA CILiNDRO PRINCIPAL CARGA APLICADA Presión lKPal e t%l IIATERIAL: Aluminio. APOYADA LONGITTD ENTRE APOYOS: 3 Carga P tNl 100 725-66 200 251.32 300 376.9e 400 502.6s No. Lado angosto 4 DEFLE IONES TEORICA EXPERIM. ERROR 6 a 6t Im] e Im] 20 t%l vrGA srllPLEllENTE AP0YADA LoNGrruD ENTRE APoYos: I{ATERTAL: Atumlnio. 0.5 [m] BASE DE TABII No. CILINDRO PRINCIPAL CARGA APLICADA Presión lKPal P tNl 100 t25.66 200 257.32 300 376.99 400 502.65 VIGA SII{PLEI-IENTE LoNcrrtD Carga ENTRE IONES TEORICA E)(PMIM. ERROR 6t lnl 6 a Carga P tNl 100 725.66 200 251.32 300 376.99 400 502.65 Im] BASE DE TABLA Presión lKPal e l%l I,ÍATRIAL: Aluminio. APoYos: o.7 [m] CARGA APLICADA 5 DEFLE APOYADA CILINDRO PRiNCIPAL Apoyo: Lado ancho No. Apoyo: Lado ancho 6 DEFLE IONES TEORICA EXPMIM. ERROR 6t ó a [¡n] e lml 21 f%l IV RESI'LTAINS OBTE{IInS 1.- Para las cargas apllcadas y considerando las caracterlstlcas tanto geonétrlcas como de materlales de las vlgas, para los 6 casos desarrollados anterlormente, obtenga los valores teórlcos de las deflexiones (ecuación 8) y anótelos en su respectiva tabla (1, Z, 3, 4, 5, o 6). 2.- Para cada caso, construya una gráfica con los valores teóricos obtenldos: P vs 6a y Los valores experinentales Pvsdenlas e flguras 2, 3, 4, 5, 6 y 7. 3. - compare Ia gráficas obtenidas en el punto z y carcule el error aproximado, anote sus resultados en las tablas respectivas (1, z, 3, 4, 5 o 6); escriba sus conclusiones y comentarios. 250 375 500 P tN] Figura 2. Gráfica de resultados, caso 1: Viga de acero rolado en frío, con separación de ]as reacciones de 0.s [m]. )) 6.. L'e6 lml I -*-*--t i P Figura 3. tN] Gráfica de resultados, caso 2: Viga de aeero rolado en frÍo, con separación de las reacciones de 0.2 [n]. 725 Figura 4. Gráfica de separación de P tN] resultados, caso 3: Viga de aluminio con Ias reacciones de 0.5 [m], base de apoyo: lado angosto. 23 725 Figura 5. Gráfica de separación de P resultados, caso ]as reacciones de tN] Viga de aluminio con o.7 [m], base de apoyo: Iado 4: angosto. 6,,6 t' e [m] 72.5 Figura 6. Gráfica de separación de 250 P tN] resultados, caso 5: Viga de aluminio con las reacciones de 0.5 [m], base de apoyo: lado ancho. 24 6t, 6. [m] P Figura 7. Gráfica de separación ancho de resultados, caso las reacciones de - 25 tN] Viga de aluminio con o.7 [m], base de apoyo: lado 6: VI CONCLUSIONES Y COI,IENTARIOS Anota en este espaclo, todos ros comentarlos y concruslones lmportantes acerca de Ios resultados obtenldos. Fecha de realización: Fecha de entrega : APROBO: Vo. 26 Bo. VII BIBLIOGMFIA 1.- SingeF, F. L., "Resistencia de Materlales", Harla, S. A., I97L 2.- Byars, E. F., & Snyder, R. D.; "Mecánlca de cuerpos Representaclones y Servlcios de Ingeniería, lg7a. 3' - FitzgeraLd, R. 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