E981 Ensayo De Tracción - Ingeniería de Ejecución Mecánica

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERÍA
Departamento de Ingeniería Mecánica
INGENIERIA DE EJECUCIÓN EN MECANICA
PLAN 2002
GUIA DE LABORATORIO
ASIGNATURA
Resistencia de Materiales
NIVEL 04
EXPERIENCIA E981
“ENSAYO DE TRACCION”
HORARIO: MARTES: 9-10-11-12
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UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERÍA
Departamento de Ingeniería Mecánica
PPP/JBC
ENSAYO DE TRACCION
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.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
a)
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.
b)
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.
c)
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.
d)
Determinar el esfuerzo o tensión de proporcionalidad, el límite elástico, el
esfuerzo de fluencia, el esfuerzo máximo y el esfuerzo de ruptura.
e)
Determinar la deformación en puntos singulares del diagrama fuerza versus
deformación.
f)
Capacitar al alumno en la determinación del módulo de elasticidad o módulo
de Young.
2
3.
INTRODUCCIÓN TEÓRICA
3.1
Ley de Hooke
La ley de Hooke relaciona la fuerza axial P aplicada, la longitud L de la probeta, la
sección transversal A, el módulo elástico del material y la elongación ΔL
correspondiente a una longitud inicial Lo.
Lo anterior se puede expresar mediante la siguiente ecuación:
ΔL =
3.2
PL
AE
Definición de esfuerzo y deformación
La tensión nominal en una probeta sometida a la fuerza axial P y que tiene una
sección transversal Ao está definida por:
P

A0
La deformación convencional (ingenieril o aritmética) se define por la razón entre la
elongación y la longitud inicial de la probeta.
σ0 =
ΔL
L0
La deformación real se define por el logaritmo natural de la razón entre la longitud
total L y la longitud inicial Lo, es decir:
ε0 =
ε = ln
L
L0
Lo anterior es una consecuencia de la integración de la ecuación diferencial:
dε =
dL
Lo
La tensión real se define por la razón entre la fuerza axial P y la sección transversal
A, esto es:
 σ = P 
A
3
3.3
Hipótesis de la conservación del volumen
Si por hipótesis se considera que el volumen se mantiene constante, en un ensayo
de tracción, debe cumplirse:
AL = A 0L0
De las ecuaciones anteriores se obtiene:
σ = σ0 1+ε0 
3.4
Diagrama de esfuerzos
El diagrama de esfuerzos es fundamental para determinar las propiedades físicas
de los materiales. En el diagrama, indicado en la figura 1, se pueden distinguir el
límite de proporcionalidad, el límite de fluencia y el límite de ruptura.
Figura 1 Diagrama de fuerza versus alargamiento de la probeta
4
3.5
Probeta de ensayo
La figura 2 indica las dimensiones de una probeta normalizada.
Figura 2 Dimensiones de la probeta
3.6
Campos de aplicación
El ensayo normalizado de tracción es uno de los más básicos en lo que se refiere a
la determinación de propiedades de los materiales y evaluación de sus constantes
elásticas, tales como: Módulo de Young y razón de Poisson. Dicho ensayo se
puede aplicar a los aceros, aleaciones, maderas, hormigones, plásticos y materiales
compuestos. También se puede aplicar este ensayo para medir otras propiedades,
tales como: resistencia de soldaduras, uniones, adhesivos, etc.
4.
DESCRIPCIÓN DEL METODO A SEGUIR
4.1
Medición del diámetro inicial de las probetas de acero, aluminio, bronce y
latón. Registro de su longitud inicial.
4.2
Reconocer los componentes constitutivos de la máquina de ensayos
universales, tales como: Marco de carga, mordazas, sistema hidráulico de
potencia y registro del diagrama de esfuerzos versus elongación, de acuerdo
a la aplicación especificada por el profesor.
4.3
Calibración de la máquina y variables a controlar. Elección adecuada del
disco contrapeso para conocer la fuerza a fondo de escala.
4.4
Ejecución del ensayo normalizado de tracción asistidos por el profesor, los
alumnos registran las fuerzas singulares que se presentan en el ensayo de
tracción.
4.5
Obtención del diagrama esfuerzo versus elongación para cada uno de los
ensayos efectuados.
5
5
TEMAS DE INTERROGACIÓN
6.1 Definición de módulo de elasticidad o módulo de Young
6.2 Límite de proporcionalidad y límite de fluencia.
6.3. Esfuerzo de fluencia y esfuerzo de ruptura.
6.4 Deformación longitudinal.
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EQUIPOS, PROBETAS E INSTRUMENTOS A UTILIZAR
Máquina universal de ensayo, marca Losenhausenwerk, capacidad 10 toneladas,
pié de metro y micrómetro.
Probetas normalizadas de acero, aluminio, latón y bronce.
En la fotografía 1 se muestra la máquina universal de ensayos.
Fotografía 1 Máquina universal de ensayos
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7.
CONTENIDO DEL INFORME
7.1
Características técnicas y funcionalidad de la máquina universal de ensayos
empleada en el ensayo de materiales.
7.2
Breve descripción del método empleado.
7.3
Diagrama fuerza versus elongación, obtenido directamente de la máquina de
ensayos.
7.4
Determinación cualitativa en el gráfico del punto de proporcionalidad, el límite
de fluencia y el punto de ruptura.
7.5
Determinación numérica del esfuerzo de proporcionalidad, esfuerzo de
fluencia, esfuerzo máximo y esfuerzo de ruptura.
7.6
Determinación del porcentaje de alargamiento de rotura.
7.7
Determinación del porcentaje de reducción de área.
7.8
Análisis de los resultados, comentarios y conclusiones personales.
7.9
Referencia bibliográfica.
7.10 El apéndice debe contener lo siguiente:
A.1
Desarrollo de los cálculos.
A.2
Presentación de resultados.
A.3
Gráficos.
8. BIBLIOGRAFÍA
Norma Chilena Oficial
NCh200
Productos metálicos
Ensayo de Tracción
Instituto Nacional de Normalización
Técnicas de laboratorios para pruebas de materiales
Keyser, Carl A.
Ed. Limusa Wiley
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Ensaye e inspección de los materiales en ingeniería
Davis, Troxell Wiskocil
Compañía Ed. Continental, S.A.
Ensayo de materiales y control de defectos en la industria del metal
H. Studemann
Ediciones Urmo
Sitios web:
http://es.wikipedia.org/wiki/tracción
http://docencia.udea.edu.co/ensayo de tracción
http://www.mecanicainfo.com
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