Resistencia de Materiales – 15153Ensayo de traccion uniaxial

Dr. Ing. Claudio M. Garcıa-HerreraIng. Claudio A. Bustos

Universidad de Santiago de Chile (USACH)Facultad de Ingenierıa - Departamento de Ingenierıa Mecanica

Av. Bdo. O’Higgins 3363 - Santiago - CHILEe-mail: claudio.garcia@usach.cl

claudio.bustosb@usach.clOficina 10, Primer piso – Laboratorio de Biomateriales

Ingenierıa Civil MecanicaAgosto - 2017

Indice

1 Introduccion

2 Diagrama esfuerzo–deformacion (σ–ε)

3 Definiciones basicas

4 Curva esfuerzo deformacion ingenieril

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1 Introduccion

2 Diagrama esfuerzo–deformacion (σ–ε)

3 Definiciones basicas

4 Curva esfuerzo deformacion ingenieril

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Introduccion

Hasta ahora solo hablamos de la resistencia del material en terminosde esfuerzo (σ)Ahora incluiremos los cambios de forma, deformacion (ε) uniaxialelastica.Se estudiaran las relaciones entre deformaciones, equilibrio de fuerzasy relaciones entre σ y ε −→ problemas estaticamente indeterminados.

¿Cual es el valor de las reacciones?

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Introduccion

Hasta ahora solo hablamos de la resistencia del material en terminosde esfuerzo (σ)Ahora incluiremos los cambios de forma, deformacion (ε) uniaxialelastica.Se estudiaran las relaciones entre deformaciones, equilibrio de fuerzasy relaciones entre σ y ε −→ problemas estaticamente indeterminados.

¿Cual es el valor de las reacciones?

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1 Introduccion

2 Diagrama esfuerzo–deformacion (σ–ε)

3 Definiciones basicas

4 Curva esfuerzo deformacion ingenieril

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Ensayo de traccionAplicar un estado uniforme de esfuerzo normal (σ) en una muestradel material (probeta).Se registra la carga, el desplazamiento de las mordazas, eldesplazamiento entre marcas (extensometro mecanico u optico).El ensayo se encuentra normado → ASTM E8M o NCh 200 OF74Ensayo del tipo destructivo → hasta la ruptura

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Maquinas de traccion

Principales fabricantes disponibles en ChileINSTRONZWICK

Tipos de maquinasElectromecanicas.

1 Cargas maxımas 130 kN (13 TON)2 Velocidades maximas 500 mm/min3 Facil control de desplazamiento4 Difıcil control de la carga

Oleohidraulicas.1 Cargas maxımas 1000 kN (100 TON) (pocas en Chile)2 Velocidades maximas 100 mm/min3 Difıcil control de desplazamiento4 Facil control de la carga

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Maquinas de traccion disponibles en el DIMEC

Maquina LosenhaunsenwerkCap. max. 100kN

Lab. de Solidos I

Maquina InstronCap. max. 100kN

Lab. de Solidos II

Maquina InstronCap. max. 500N

Lab. de Biomateriales

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ProbetasMetales

Probetas tıpicas del ensayo, normalizadas (ASTM) (dogbone)

Plano cilındrica [mm] Plano plana [mm]

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ProbetasCobre C11000

Probetas de chapas de cobre C11000 (ASTM)(laminado en frıo)

Montaje conextensometro

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ProbetasPlasticos y materiales compuestos

Probeta de resina ASTM D638 Probeta material compuestoASTM D3039/D3039M

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ProbetasElastomeros

Probeta de poliuretanoISO 37:2011

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Realizacion del ensayo

Traccion cobre. Material compuesto.

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Analisis del ensayo

Curva carga-desplazamiento. Formacion del cuello.

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1 Introduccion

2 Diagrama esfuerzo–deformacion (σ–ε)

3 Definiciones basicas

4 Curva esfuerzo deformacion ingenieril

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Medidas de EsfuerzoEsfuerzo ingenieril, es el esfuerzo normal calculado considerando elarea transversal de la probeta libre de cargas. σ = P

AEsfuerzo real o de Cauchy. Idem al anterior pero considerando el areatransversal real (deformada) σr = P

a

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Medidas de DeformacionDeformacion ingenieril ε = l−L

L = δL

Deformacion logarıtmica εl .Si se toma una cantidad infinitesimal dedesplazamiento (dl) entonces la deformacion que se obtiene al estiraruna barra de logitud L hasta una longitud l es:

εl =∫ l

L

dll = log l − log L = log l

L

Deformacion real εr . Se define al igual que la anterior pero enterminos del area transversal inicial y final, es decir: εr = log A

a

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Curva esfuerzo deformacion (aceros)ingenieril o real

1

2

3

3

4 5

A

B

Defor

Esfuerzo

A) Esfuerzo ingenieril=σ = PA

B) Esfuerzo real=σr = Pa

Deformacion ingenieril = ε = l−LL

1 Esfuerzo ingenieril maximo(UTS)

2 Lımite de proporcionalidad3 Punto de rotura

(ingenieril6=real)4 Endurecimiento por

deformacion5 Estriccion (Necking)

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Curva esfuerzo deformacion (metales)ingenieril o real

A) Esfuerzo ingenieril=σ = PA

B) Esfuerzo real=σr = Pa

Deformacion ingenieril = ε = l−LL

1 Esfuerzo ingenieril maximo(UTS)

2 Lımite de proporcionalidad3 Punto de rotura

(ingenieril6=real)4 Endurecimiento por

plasticidad5 Formacion de cuello

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Propiedades mecanicas de metales (Pytel)

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Propiedades mecanicas de materiales (Hibbeler)

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1 Introduccion

2 Diagrama esfuerzo–deformacion (σ–ε)

3 Definiciones basicas

4 Curva esfuerzo deformacion ingenieril

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Curva esfuerzo deformacion ingenieril

Material A36 (planas) Cobre (cilındricas)

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Traccion Acero EK4 (embuticion)

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Traccion Cobre C11000 (laminado)

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Formacion del cuello (necking)Probetas planas

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Traccion Fieltro asfaltico (papel)

0

5

10

15

20

25

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03

Str

ess

σ [

MP

a]

Strain ε

0o

45o

90o

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Traccion Poliuretano (elastomero)

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Traccion Arterias (tejido biologico)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4

Esfu

erz

o

σ [kP

a]

Alargamiento λ

ControlMelatonina

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2

Esf

uer

zo σ

1 [

kP

a]

Alargamiento λ1

Ajuste Aorta Abdominal - Control

Exp - 90Fit - 90Exp - 0Fit - 0

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