LC1

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL PERÚ
ELASTICIDAD Y RESISTENCIA DE MATERIALES
LABORATORIO CALIFICADO 1
DOCENTE:
Ing. María del Carmen Manchego Casapia
ALUMNOS:
MANUEL MAMANI SOTOMAYOR
AREQUIPA
2020
2
INDICE
RESUMEN .................................................................................................................... 4
INTRODUCCIÓN ......................................................................................................... 4
OBJETIVOS .................................................................................................................. 5
Objetivo General: ....................................................................................................... 5
Objetivos Específicos: ............................................................................................... 5
MARCO TEÓRICO....................................................................................................... 5
Ensayo de tracción: .................................................................................................... 6
Tracción ..................................................................................................................... 7
Esfuerzo ..................................................................................................................... 7
Deformación unitaria. ................................................................................................ 7
Alargamiento.............................................................................................................. 8
Límite de proporcionalidad. ....................................................................................... 8
Límite de elasticidad. ................................................................................................. 8
Punto de fluencia........................................................................................................ 9
Esfuerzo último .......................................................................................................... 9
Zona Elástica .............................................................................................................. 9
Zona Plástica .............................................................................................................. 9
Módulo de elasticidad ................................................................................................ 9
MATERIALES PARA LA EXPERIMENTACIÓN ................................................... 10
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL ..................................................................... 10
INTERPRETACIÓN GRÁFICO CARGA (KN) – DEFORMACION (mm) ............. 14
3
INDICE DE ILUSTRACIONES
Ilustración 1; Clasificación de probetas ......................................................................... 5
Ilustración 2; Máquina Universal................................................................................... 6
Ilustración 3; Fuerza de tracción .................................................................................... 7
Ilustración 4; Deformación Unitaria .............................................................................. 8
Ilustración 5; Ubicaciones puntuales en la gráfica ........................................................ 9
Ilustración 6; Pie de rey ............................................................................................... 10
Ilustración 7;Calibrador con 0.02mm de precisión ...................................................... 11
Ilustración 8; Probeta de Aluminio .............................................................................. 11
Ilustración 9; Fijación de la probeta............................................................................. 12
Ilustración 10; Probeta fracturada ................................................................................ 13
Ilustración 11; Probeta fracturada desmontada ............................................................ 13
Ilustración 12; Gráfica fuerza vs deformación............................................................. 14
4
RESUMEN
En el presente informe perteneciente a la primera experiencia de laboratorio del curso
se analizaran los datos obtenidos del ensayo de tracción de probetas fabricadas en
aluminio, para dicha experimentación se dispuso de 1 probeta por grupo, dicho material
de experimentación fue fabricado en aluminio laminado. Estas probetas se sometieron
a cargas axiales de tracción para evaluar los esfuerzos y propiedades mecánicas que
presentan ante este tipo de situación. El objetivo de esta práctica es observar de manera
experimental los conocimientos adquiridos en cada sesión de clases, y con estos
conocimientos ya previos a la experimentación poder realizar un claro análisis a las
curvas de esfuerzo vs deformación obtenidos en el ensayo. Se deberá de determinar
ciertos valores como las unidades de fuerzas aplicadas a la probeta de ensayo.
INTRODUCCIÓN
El desarrollo de la ingeniería ha obligado al hombre a recurrir a diseñar mecanismos,
motores, edificaciones y máquinas de materiales metálicos por ello es necesario saber
realizar un análisis de los elementos con los cuales posteriormente se puede trabajar
en la aplicación de la ingeniería.
El estudio de las propiedades mecánicas de los materiales es una actividad que se lleva
a cabo desde que se están aprovechando los recursos, es importante entender sus
características y sobre todo la resistencia mecánica de estos materiales para evitar
cualquier tipo de problemática asociado al uso de estos, este es el motivo por el cual se
hacen los ensayos de tracción en laboratorio con probetas metálicas y poder obtener
resultados de sus reacciones ante cargas axiales, para obtener un análisis de la curva
esfuerzo vs deformación que se forma al someterlo a estar cargas, esta grafica es la que
al final mostrará los resultados de dicho comportamiento.
El conocimiento de las propiedades de los materiales es fundamental en la ingeniería
ya que la función del ingeniero es diseñar mejoras para solucionar diversas situaciones
que se puedan presentar en el quehacer cotidiano.
5
OBJETIVOS
Objetivo General:

Analizar el comportamiento de la probeta de aluminio al ser sometida a
cargas axiales de tracción.
Objetivos Específicos:



Construir la gráfica de esfuerzo vs deformación de la probeta de
aluminio a partir de los datos obtenidos al someter estas a fuerzas de
tracción axiales.
Reconocer y determinar de manera práctica las propiedades mecánicas
del material sometido a tracción.
Reconocer y diferenciar las fases de deformación del material como son
la zona plástica, la elástica, etc.
MARCO TEÓRICO
Para el correcto entendimiento de este escrito, lo primero que se hace es definir que son
las probetas metálicas, las cuales son aquellas piezas de forma particular y estipulada
para la realización de ensayos mecánicos, generalmente sometidas en una maquina
universal, presa hidráulica o cualquier tipo de artefacto que genere cargas.
Como se muestra la figura, se pueden usar tres tipos de probetas para este ensayo, las
probetas de sección circular y las probetas planas.
Ilustración 1; Clasificación de probetas
6
Ensayo de tracción:
Uno de los ensayos mecánicos tensión deformación más común es el realizado a tracción. El
ensayo de tracción puede ser utilizado para determinar varias propiedades de los materiales y
se realiza con la máquina Universal. La versatilidad del ensayo de tracción radica en el hecho
de que permite medir al mismo tiempo, Tanto la ductilidad, como la resistencia. El valor de
resistencia es directamente utilizado en todo lo que se refiere al diseño. Los datos relativos a la
ductilidad, proveen una buena medida de los límites hasta los cuales se puede llegar a deformar
el acero Normalmente se deforma una probeta hasta rotura, con una carga de tracción que
aumenta gradualmente y que es aplicada úniaxialmente a lo largo del eje de la probeta.
Ilustración 2; Máquina Universal
7
Tracción
La tracción es la fuerza aplicada axialmente por unidad de área a un determinado
cuerpo. El ensayo de tracción es fundamental para determinar las propiedades
mecánicas de los metales, o sea aquellas que definen sus características de resistencia
y deformabilidad. Permite obtener, bajo un estado simple de tensión, el límite de
elasticidad, la carga máxima, la resistencia estática, el módulo de elasticidad, etc.
Cuando la probeta se encuentra bajo un esfuerzo estático de tracción simple a medida
que aumenta la carga, se estudia la relación con las deformaciones que produce.
Ilustración 3; Fuerza de tracción
Esfuerzo
Es una fuerza que actúa sobre el área unitaria en la que se aplica, existen esfuerzos de
tensión, flexión, compresión y cortantes. El método a utilizar para determinar el
volumen molar del oxígeno consiste en generar cierta cantidad de este gas por
descomposición térmica del clorato de potasio (KClO3), pues cuando este último
compuesto se calienta, la pérdida de masa de la fase sólida se debe exclusivamente al
oxígeno desprendido.
Deformación unitaria.
La deformación unitaria se define como la relación que existe entre el
desplazamiento sobre la longitud inicial, es decir; la deformación unitaria es aquella
8
que mide que tanto se alargó o se acortó un determinado material con respecto a
su longitud inicial debido al esfuerzo axial que actúa en el material.
Ilustración 4; Deformación Unitaria
Alargamiento.
El alargamiento es la variación de la longitud y diámetro debido al esfuerzo actuante,
ya se de compresión o tensión.
Límite de proporcionalidad.
Es el punto de mayor pendiente, es decir, el punto hasta el cual se da la elasticidad
del material y por ende hasta ese punto se puede calcular el módulo de elasticidad. O
también se puede definir como el punto proporcional directo (directamente
proporcional) entre el esfuerzo y la deformación unitaria. Este límite es muy común
para muchos metales.
Límite de elasticidad.
Es la tensión máxima que un material elasto-plástico puede soportar sin sufrir
deformaciones permanentes.
9
Punto de fluencia
El punto de fluencia no es más que un punto máximo que define el esfuerzo máximo y
la deformación máxima que puede soportar un material antes de comenzar a presentar
deformaciones plásticas.
Ilustración 5; Ubicaciones puntuales en la gráfica
Esfuerzo último
Límite o esfuerzo ultimo antes de la rotura o falla del material.
Zona Elástica
Región de la curva que va desde el origen hasta el límite elástico.
Zona Plástica
Región de la curva que va desde el límite elástico hasta el punto donde inicia el
endurecimiento por deformación.
Módulo de elasticidad
El módulo de elasticidad (E), es un parámetro característico de cada material que indica
la relación existente (en la zona de comportamiento elástico de dicho material) entre
los incrementos de tensión aplicados en el ensayo de tracción y los incrementos de
deformación unitaria producidos. Reducción de área y estricción.
10
La reducción de área como su nombre bien lo dice, es la minimización de la
sección trasversal debido al deslazamiento entre moléculas del sólido. Y la estricción
es un tipo de encogimiento que presentan los materiales antes de la falla, en ese
punto se puede disparar la resistencia debido a la gran oposición que presentas las
pequeñas partes del sólido, es decir, presenta trabazones.
MATERIALES PARA LA EXPERIMENTACIÓN



Maquina universal de 600KN
Software adquisidor de datos
Pie de rey o calibrador
Ilustración 6; Pie de rey

Probeta de aluminio
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Primeramente se procede a realizar las medidas correspondientes a la probeta como el
diámetro, la longitud por tramos; para realizar dicha actividad se necesitara la ayuda
del pie de rey
11
Ilustración 7;Calibrador con 0.02mm de precisión
Ilustración 8; Probeta de Aluminio
Acto seguido se procederá a ubicar la pieza mecánica en la maquina universal de tracción, para
ello se sujetará los extremos de la probeta en las mordazas pertenecientes a la máquina para
después unir estos mediante pines a las sujeciones de la máquina en donde se efectuará las
cargas.
12
Ilustración 9; Fijación de la probeta
Luego, se procederá a entregar cargas de tracción mediante una palanca hidráulica la cual
conduce la fuerza a los extremos de la probeta.
Una vez aplicada las fuerzas se procederá a recibir los datos y adquirirlos en un software el cual
almacena y ordena los datos en un archivo de Excel.
Se detiene la adquisición de datos cuando la probeta se fractura, esto debido a que las fuerzas
aplicadas lograron fraccionar dicho elemento mecánico.
13
Ilustración 10; Probeta fracturada
Se procede desmontar la probeta de la máquina universal y luego realizar una medida final de
la probeta analizar las medidas en la cuales se observa una variación.
Ilustración 11; Probeta fracturada desmontada
14
INTERPRETACIÓN GRÁFICO CARGA (KN) – DEFORMACION (mm)
Ilustración 12; Gráfica fuerza vs deformación
La presente grafica se elabora en base a una tabla de datos almacenados por el
software de análisis
Tiempo
Longitud
Inicial
Diametro
Inicial
Diametro
Final
Carga,
F
Esfuerzo,
σ
Extensió Deformación
n , ΔL
Unitaria
Longitud
Final
(s)
(mm)
(mm)
(mm)
(kN)
(MNm-2)
(mm)
(mm/mm)
(mm)
0
152.70
8.50
5.20
0.0
0.00
0.00
0.00
152.70
0.5
152.70
8.50
5.20
0.0
0.00
0.00
0.00
152.70
1
152.70
8.50
5.20
0.0
0.00
0.00
0.00
152.70
1.5
152.70
8.50
5.20
0.0
0.00
0.00
0.00
152.70
2
152.70
8.50
5.20
0.0
0.00
0.00
0.00
152.70
2.5
152.70
8.50
5.20
0.3
4.02
0.01
0.00
152.71
3
152.70
8.50
5.20
2.0
26.79
0.11
0.00
152.81
3.5
152.70
8.50
5.20
4.7
62.95
0.50
0.00
153.20
4
152.70
8.50
5.20
4.9
65.63
1.03
0.01
153.73
4.5
152.70
8.50
5.20
4.9
65.63
1.20
0.01
153.90
5
152.70
8.50
5.20
4.8
64.29
1.20
0.01
153.90
5.5
152.70
8.50
5.20
4.8
64.29
1.20
0.01
153.90
6
152.70
8.50
5.20
4.8
64.29
1.20
0.01
153.90
6.5
152.70
8.50
5.20
4.8
64.29
1.20
0.01
153.90
7
152.70
8.50
5.20
4.8
64.29
1.20
0.01
153.90
7.5
152.70
8.50
5.20
4.8
64.29
1.20
0.01
153.90
8
152.70
8.50
5.20
4.8
64.29
1.20
0.01
153.90
2
8.5
152.70
8.50
5.20
4.8
64.29
1.20
0.01
153.90
9
152.70
8.50
5.20
4.8
64.29
1.20
0.01
153.90
9.5
152.70
8.50
5.20
4.8
64.29
1.20
0.01
153.90
10
152.70
8.50
5.20
5.1
68.31
1.45
0.01
154.15
10.5
152.70
8.50
5.20
5.2
69.65
2.54
0.02
155.24
11
152.70
8.50
5.20
5.4
72.33
2.97
0.02
155.67
11.5
152.70
8.50
5.20
5.5
73.67
3.63
0.02
156.33
12
152.70
8.50
5.20
5.4
72.33
3.95
0.03
156.65
12.5
152.70
8.50
5.20
5.4
72.33
3.95
0.03
156.65
13
152.70
8.50
5.20
5.3
70.99
3.95
0.03
156.65
13.5
152.70
8.50
5.20
5.3
70.99
3.95
0.03
156.65
14
152.70
8.50
5.20
5.6
75.01
4.27
0.03
156.97
14.5
152.70
8.50
5.20
5.6
75.01
5.22
0.03
157.92
15
152.70
8.50
5.20
5.6
75.01
6.47
0.04
159.17
15.5
152.70
8.50
5.20
5.7
76.35
7.08
0.05
159.78
16
152.70
8.50
5.20
5.6
75.01
7.10
0.05
159.80
16.5
152.70
8.50
5.20
5.6
75.01
7.10
0.05
159.80
17
152.70
8.50
5.20
5.6
75.01
7.10
0.05
159.80
17.5
152.70
8.50
5.20
5.7
76.35
7.10
0.05
159.80
18
152.70
8.50
5.20
5.7
76.35
7.97
0.05
160.67
18.5
152.70
8.50
5.20
5.7
76.35
9.24
0.06
161.94
3
19
152.70
8.50
5.20
5.6
75.01
10.29
0.07
162.99
19.5
152.70
8.50
5.20
5.4
72.33
10.30
0.07
163.00
20
152.70
8.50
5.20
5.4
72.33
10.31
0.07
163.01
20.5
152.70
8.50
5.20
5.4
72.33
10.31
0.07
163.01
21
152.70
8.50
5.20
5.4
72.33
10.31
0.07
163.01
21.5
152.70
8.50
5.20
5.4
72.33
10.31
0.07
163.01
22
152.70
8.50
5.20
5.5
73.67
10.31
0.07
163.01
22.5
152.70
8.50
5.20
5.5
73.67
10.63
0.07
163.33
23
152.70
8.50
5.20
5.3
70.99
11.19
0.07
163.89
23.5
152.70
8.50
5.20
2.1
28.13
12.34
0.08
165.04
24
152.70
8.50
5.20
0.0
0.00
14.43
0.09
167.13
24.5
152.70
8.50
5.20
0.0
0.00
14.44
0.09
167.14
25
152.70
8.50
5.20
0.0
0.00
14.44
0.09
167.14
25.5
152.70
8.50
5.20
0.0
0.00
14.44
0.09
167.14