Embed Size (px)
DESCRIPTION
ensayo
Citation preview
Laboratorio de Resistencia de los Materiales ICM 343-2 | Belén Vergara Yantén Profesor: Alfredo Gallardo M.
ESCUELA DE
INGENIERÍA
MECÁNICA
PUCV
ENSAYO DE TORSIÓN
Laboratorio de Resistencia de los Materiales
1
Contenido Objetivos de la actividad ....................................................................................................................2
Materiales, equipos y herramientas utilizadas ...................................................................................2
Características técnicas y funcionalidad de la máquina de ensayo de torque ................................2
Descripción del método empleado ....................................................................................................3
Datos obtenidos en el ensayo ............................................................................................................6
Diagrama Esfuerzo cortante vs Distorsión angular .......................................................................10
Análisis de los valores obtenidos y calculados .................................................................................12
Observaciones, conclusiones y comentarios personales ..................................................................13
Bibliografía .......................................................................................................................................14
Laboratorio de Resistencia de los Materiales
2
Objetivos de la actividad Los objetivos para esta actividad son:
1. Conocer la máquina en la que se realizará el ensayo y las utilidades que proporciona para
la caracterización de materiales según sus propiedades mecánicas.
2. Determinar y comparar propiedades mecánicas del material ensayado.
Materiales, equipos y herramientas utilizadas
Características técnicas y funcionalidad de la máquina de ensayo de torque
Existen diferentes máquinas diseñadas específicamente para este tipo de ensayo, la máquina
disponible en la Escuela de Ing. Mecánica puede aplicar un momento torsor máximo de 3000 [kp-
cm]. Posee dos cabezales, uno de ellos ajustable, para posicionar la probeta del ensayo acorde a
las necesidades, a su vez este cabezal es el que transmite el momento torsor a la probeta.
El momento se aplica girando manualmente un eje transversal mediante el empleo de una
manivela, el cual tiene un trinquete articulado de seguridad para permitir el giro del eje en un solo
sentido, impidiendo que se devuelva por la recuperación del material cuando se deja de aplicar
torque.
El extremo de este eje tiene un sistema sin-fin-corona, lo que hace girar a un eje longitudinal, y al
mismo tiempo, al sistema de medición angular. El eje longitudinal entrega entonces movimiento a
un sistema piñón-engranaje haciendo girar a dicho cabezal. El otro cabezal está conectado a un
péndulo con discos de carga, de modo que a medida que se va aplicando torque a la probeta, el
péndulo va levantándose proporcionando el momento torsor equilibrante. Además tiene
conectado un contrapeso para corregir la tendencia al acortamiento que sufre la probeta durante
el ensayo. También lleva conectado un sistema de brazo-barra portadial, el cual debido al
movimiento rotacional de este cabezal, tiene un movimiento de giro contrario al del disco de
graduación angular, obteniéndose de esta manera, el ángulo de torsión de un cabezal con
respecto al otro.
Ambos cabezales tienen una superficie exterior roscada interiormente, de manera que al girarlas
manualmente se consigue que unos prismas cónicos con ranura en "V", puedan desplazarse
longitudinalmente ocasionando con ello el apriete o soltura de las probetas.
La máquina cuenta con una carátula invertible indicadora del momento torsor aplicado, la que
tiene dos escalas de medición:
De cero a 1500 [kp – cm]
De cero a 3000 [kp – cm] (agregar disco de carga auxiliar al péndulo)
Laboratorio de Resistencia de los Materiales
3
Esta carátula posee dos agujas, una de las cuales es "loca", y la otra está conectada mediante piola
de nylon al movimiento del péndulo. Esta aguja indica el momento torsor y arrastra a la aguja loca
hasta que se alcanza el momento torsor máximo, dejando expresa constancia de su valor.
Descripción del método empleado El procedimiento realizado para la obtención de los resultados es:
1. Elegir la escala de momentos a emplear, lo que implicará si se agrega o no el disco de
carga auxiliar.
2. Montar la probeta en el cabezal del péndulo, dando el apriete necesario y cuidando que el
péndulo no se mueva de su posición vertical.
3. Mover el cabezal desplazable, de modo que se adecue al largo de la probeta y con la
manivela en el eje transversal, comenzar a girar hasta que las ranuras en "V" del prisma
cónico coincida en posición con el otro extremo de la probeta. Dar el apriete necesario
cuidando que el péndulo no se mueva de su posición vertical.
4. Colocar la aguja de la carátula de momento en posición "cero" girando manualmente, el
pasador por la piola correspondiente.
5. Soltar el mecanismo de medición angular, y girar manualmente el disco graduado
angularmente hasta que el "cero" coincida con el dial indicador. Fijar el mecanismo de
medición angular.
Laboratorio de Resistencia de los Materiales
4
6. Comenzar a aplicar momento torsor a intervalos deseados, registrándose los
correspondientes ángulos de torsión producidos.
Laboratorio de Resistencia de los Materiales
5
7. Continuar el ensayo hasta que la probeta falle.
Laboratorio de Resistencia de los Materiales
6
Datos obtenidos en el ensayo La siguiente tabla muestra los datos obtenidos durante el ensayo:
Probeta
10 [mm]
L 100 [mm]
J 981,25 [mm]
T
Grados Momento torsor [kg*cm]
1 30
2 130
3 185
4 210
5 250
6 260
7 265
8 270
9 240
10 260
11 270
12 280
13 280
14 285
15 290
17 285
19 290
21 285
23 285
25 280
27 280
29 290
31 290
33 290
35 280
37 290
39 285
41 285
43 285
45 290
Laboratorio de Resistencia de los Materiales
7
55 290
65 290
75 290
85 290
95 290
105 280
125 280
145 280
165 280
185 280
200 280
250 280
300 285
350 285
400 285
500 290
600 290
700 290
800 290
1000 290
1200 290
1400 295
Con estos valores se puede obtener:
Esfuerzo cortante
Distorsión angular
El esfuerzo cortante se obtiene utilizando el momento de inercia polar J de la sección circular de
dicha probeta, dado por la siguiente expresión:
La siguiente tabla muestra los resultados obtenidos para los parámetros mencionados
anteriormente:
Laboratorio de Resistencia de los Materiales
8
Lectura T T T
- Grados rad Momento torsor [kg*cm]
N m N mm rad N/mm2
1 1 0,01745201 30 2,94204178 2942,04178 0,0008726 14,9912957
2 2 0,03490401 130 12,7488477 12748,8477 0,0017452 64,9622813
3 3 0,05235602 185 18,142591 18142,591 0,0026178 92,4463234
4 4 0,06980803 210 20,5942924 20594,2924 0,0034904 104,93907
5 5 0,08726003 250 24,5170148 24517,0148 0,004363 124,927464
6 6 0,10471204 260 25,4976954 25497,6954 0,0052356 129,924563
7 7 0,12216405 265 25,9880357 25988,0357 0,0061082 132,423112
8 8 0,13961606 270 26,478376 26478,376 0,0069808 134,921661
9 9 0,15706806 240 23,5363342 23536,3342 0,0078534 119,930365
10 10 0,17452007 260 25,4976954 25497,6954 0,008726 129,924563
11 11 0,19197208 270 26,478376 26478,376 0,0095986 134,921661
12 12 0,20942408 280 27,4590566 27459,0566 0,0104712 139,91876
13 13 0,22687609 280 27,4590566 27459,0566 0,0113438 139,91876
14 14 0,2443281 285 27,9493969 27949,3969 0,0122164 142,417309
15 15 0,2617801 290 28,4397372 28439,7372 0,01308901 144,915858
16 17 0,29668412 285 27,9493969 27949,3969 0,01483421 142,417309
17 19 0,33158813 290 28,4397372 28439,7372 0,01657941 144,915858
18 21 0,36649215 285 27,9493969 27949,3969 0,01832461 142,417309
19 23 0,40139616 285 27,9493969 27949,3969 0,02006981 142,417309
20 25 0,43630017 280 27,4590566 27459,0566 0,02181501 139,91876
21 27 0,47120419 280 27,4590566 27459,0566 0,02356021 139,91876
22 29 0,5061082 290 28,4397372 28439,7372 0,02530541 144,915858
23 31 0,54101222 290 28,4397372 28439,7372 0,02705061 144,915858
24 33 0,57591623 290 28,4397372 28439,7372 0,02879581 144,915858
25 35 0,61082024 280 27,4590566 27459,0566 0,03054101 139,91876
26 37 0,64572426 290 28,4397372 28439,7372 0,03228621 144,915858
27 39 0,68062827 285 27,9493969 27949,3969 0,03403141 142,417309
28 41 0,71553229 285 27,9493969 27949,3969 0,03577661 142,417309
29 43 0,7504363 285 27,9493969 27949,3969 0,03752182 142,417309
30 45 0,78534031 290 28,4397372 28439,7372 0,03926702 144,915858
31 55 0,95986038 290 28,4397372 28439,7372 0,04799302 144,915858
32 65 1,13438045 290 28,4397372 28439,7372 0,05671902 144,915858
33 75 1,30890052 290 28,4397372 28439,7372 0,06544503 144,915858
34 85 1,48342059 290 28,4397372 28439,7372 0,07417103 144,915858
35 95 1,65794066 290 28,4397372 28439,7372 0,08289703 144,915858
36 105 1,83246073 280 27,4590566 27459,0566 0,09162304 139,91876
37 125 2,18150087 280 27,4590566 27459,0566 0,10907504 139,91876
38 145 2,53054101 280 27,4590566 27459,0566 0,12652705 139,91876
Laboratorio de Resistencia de los Materiales
9
39 165 2,87958115 280 27,4590566 27459,0566 0,14397906 139,91876
40 185 3,22862129 280 27,4590566 27459,0566 0,16143106 139,91876
41 200 3,4904014 280 27,4590566 27459,0566 0,17452007 139,91876
42 250 4,36300175 280 27,4590566 27459,0566 0,21815009 139,91876
43 300 5,23560209 285 27,9493969 27949,3969 0,2617801 142,417309
44 350 6,10820244 285 27,9493969 27949,3969 0,30541012 142,417309
45 400 6,98080279 285 27,9493969 27949,3969 0,34904014 142,417309
46 500 8,72600349 290 28,4397372 28439,7372 0,43630017 144,915858
47 600 10,4712042 290 28,4397372 28439,7372 0,52356021 144,915858
48 700 12,2164049 290 28,4397372 28439,7372 0,61082024 144,915858
49 800 13,9616056 290 28,4397372 28439,7372 0,69808028 144,915858
50 1000 17,452007 290 28,4397372 28439,7372 0,87260035 144,915858
51 1200 20,9424084 290 28,4397372 28439,7372 1,04712042 144,915858
52 1400 24,4328098 295 28,9300775 28930,0775 1,22164049 147,414408
Con los valores de momento torsor y ángulo de torsión se obtiene la siguiente gráfica:
Acotando los valores en el eje horizontal para ver en detalle los límites de fluencia se obtiene:
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
0 5 10 15 20 25 30
T [N
mm
]
[rad]
Momento torsor vs ángulo de torsión
Punto de ruptura
Laboratorio de Resistencia de los Materiales
10
Los límites de fluencia son:
Límite superior de fluencia: T=26.478 [N mm]; =0,14 [rad]
Límite inferior de fluencia: T=23.536 [N mm]; =0,16 [rad]
Punto de ruptura:
T= 28.930 [N mm]; = 24,4 [rad]
Diagrama Esfuerzo cortante vs Distorsión angular
Con los valores obtenidos para esfuerzo cortante y distorsión angular se construye la siguiente
gráfica:
26478,37599
23536,33422
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
T [N
mm
]
[rad]
Momento torsor vs ángulo de torsión
Laboratorio de Resistencia de los Materiales
11
Acotando los valores del eje horizontal para mostrar la sección de la curva que posee un
comportamiento lineal se obtiene:
En esta sección de comportamiento lineal, la pendiente representa el valor G, módulo de corte del
material de nuestra probeta.
[
]
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4
[
N/m
m2]
[rad]
Esfuerzo cortante vs Distorsión angular
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012 0,014
[
N/m
m2
[rad]
Esfuerzo cortante vs Distorisión angular
Laboratorio de Resistencia de los Materiales
12
Análisis de los valores obtenidos y calculados Se observa gráficamente que la zona de fluencia para la probeta ensayada posee se encuentra en
una acotada sección, hasta los 0,4 [rad] del ángulo de torsión aplicado. En esta sección se ve la
pequeña diferencia además entre el límite superior y el límite inferior de esta zona, tanto de los
valores de torsión como del ángulo de torsión, traducido a una zona de fluencia pequeña del
material. Lo mismo se puede decir de la zona elástica del material, que apenas se alcanza a ver en
el gráfico, predominando la zona de deformación plástica.
Se logra obtener el módulo de corte característico de nuestra probeta (Acero al Carbono 1045)
G=56.913[N/mm2rad].
Laboratorio de Resistencia de los Materiales
13
Observaciones, conclusiones y comentarios personales A través de otra máquina disponible en nuestro laboratorio se logra comprender y utilizar otro
ensayo que permite conocer las propiedades mecánicas de los materiales, con aplicaciones
directas a la industria en general. El ensayo de torsión nos acerca al análisis estructural de los
materiales, mostrando el comportamiento real que tienen al ser sometidos a diferentes esfuerzos,
de esta manera nos familiarizamos con los conceptos que aplicamos diariamente.
Laboratorio de Resistencia de los Materiales
14
Bibliografía Protocolo Actividad N°5: Ensayo de Torsión, Prof. Alfredo Gallardo M.
