Universidad Rafael Landívar
Resistencia de Materiales
Ing. Juan Carlos García
Reporte # 1
Tensión
Guatemala 15 de Marzo de 2013
Ana Lucía Rodríguez 1287411
Mario López 2143313
Índice
Objetivos e introducción………………………………………………………………1
Marco Teórico……………………………………………………………………………2
Cálculos…………………………………………………………………………………..4
Discusión de resultados…………………………………………...…………………..10
Conclusiones, Recomendaciones y Bibliografía………………………...………11
Anexos…………………………………………..………………………………..………12
Aplicaciones…………………………….………………………………………………13
Objetivos
Objetivo General
- Encontrar los tipos de fallas que se forman debido a la tensión aplicada en cada una de las diferentes probetas.
Objetivos Específicos
- Aprender sobre cada una de las distintas fallas que se puedan dar en las probetas de cada material.
- Observar el comportamiento de la grafica de esfuerzo vs. Deformación en cada uno de las diferentes probetas.
- Encontrar el esfuerzo, la deformación y la deformación unitaria de cada uno de los materiales.
- Determinar cuál es el material más dúctil según su falla y su elongación.
Introducción
En esta práctica se sometieron a una fuerza de tensión en una maquina de tensión-compresión cuatro probetas de distintos materiales cada una, los cuales son: Acero A1045, Acero A709, Aluminio y Cold Roll. Se va a realizar la gráfica esfuerzo-deformación para cada una de las probetas, para de esta manera poder observar el comportamiento de cada material sometido a tensión. También se analizará cada una de las fallas que presentan las probetas y se clasificarán.
Marco Teórico
Los conceptos que se deben de saber antes de realizar la práctica son los siguientes:
Carga:
Fuerza exterior que actúa sobre un cuerpo.
Esta carga produce consecuencias:
- Resistencia:
Es cuando la carga está actuando sobre el cuerpo y produce una deformación. Es la capacidad de un cuerpo para resistir una fuerza aún cuando ya haya deformación.
Zona plástica:
Se le llama también irreversible o permanente. En este modo de deformación el material no regresa a su forma original luego de quitarle la carga aplicada. Esto sucede porque en esta deformación el material experimenta dentro de él cambios termodinámicos irreversibles al adquirir mayor energía potencial elástica.
Zona elástica:
Se le llama también reversible o no permanente. En esta deformación el material recupera su forma original al retirar la fuerza aplicada. En esta deformación el material solo pasa por cambios termodinámicos reversibles.
Zona de estricción:
Sucede cuando la carga llega a cierto valor y el alargamiento se localiza en una zona concreta (hacia el centro de la probeta), este alargamiento finaliza en rotura.
- Rigidez:
Es cuando la carga actúa y no hay deformación. Es la capacidad de un material para resistir una fuerza sin deformarse.
Esfuerzo Cortante:
Este es un esfuerzo interno de las tensiones paralelas a la sección transversal de una pieza mecánica.
Gráfica Esfuerzo-Deformación:
Esta gráfica puede construirse a partir de los datos obtenidos en cualquier práctica mecánica en la que se le aplica carga a un material y las mediciones de esfuerzo y deformación se realizan simultáneamente.
Módulo de Young:
También llamado módulo elástico longitudinal es una constante elástica que relaciona una medida relacionada con la tensión y una medida que se relaciona con la deformación. Se designa como E.
Ley de elasticidad de Hooke:
Se da cuando la cantidad de estiramiento o de compresión (cambio de longitud), es directamente proporcional a la fuerza aplicada. F= Kx
Tipos de falla:
En general se pueden clasificar de la siguiente manera:1) Fractura dúctil:
Esta ocurre después de que el material haya sido sometido a una deformación plástica excesiva. Tiene las siguientes características:
Formación de cuello de botella en el área fracturada. Deformación plástica permanente El material sufre una elongación El área transversal se reduce
2) Fractura frágil:Esta ocurre antes o durante se está presentando la deformación plástica. Este tipo de fractura se presenta en materiales no cristalinos, a temperaturas muy bajas. Esta fractura tiene los siguientes pasos:
Inicio de la fractura a nivel intragranular Propagación de la fractura
Cálculos
Acero A709
Diámetro ѳ (in) 0.5Modulo de elasticidad E (psi)
29000000
Punto de fluencia (lb) 31330
Tabla # 1
F (lb) L (in) σ (psi) ʆ (in) ɛ0 6.9685 0 0 0
12000 761115.498
150.0147520
170.0021074
31
27000 7.0472137509.87
080.0334158
470.0047417
2
30000 7.0866152788.74
540.0373363
010.0052685
77
31000 7.1259157881.70
350.0387948
010.0054441
97
31300 7.1653159409.59
110.0393868
120.0054968
82
30800 7.2047156863.11
190.0389707
470.0054090
73
30300 7.244154316.63
280.0385472
310.0053212
63
29300 7.2834149223.67
460.0374777
830.0051456
44
27200 7.3228138528.46
250.0349798
70.0047768
44
25200 7.3622128342.54
610.0325821
890.0044256
05
24800 7.4015126305.36
280.0322361
770.0043553
57
23700 7.4409120703.10
880.0309703
370.0041621
76
19800 Ruptura100840.57
19
Grafica # 1
0.00210743097059614
0.00474171968384131
0.00526857742649034
0.00544419667404001
0.00549688244830492
0.00540907282453008
0.00532126320075524
0.00514564395320556
0.00477684353335125
0.00442560503825188
0.00435535733923201
0.00416217616692735
020000400006000080000
100000120000140000160000180000
Esfuerzo vs. Deformacion Acero A709
Aluminio
Diámetro ѳ (in) 0.5Modulo de elasticidad E (psi)
10400000
Punto de fluencia (lb) 10430
Tabla # 2
F (lb) L (in) σ (psi) ʆ (in) ɛ0 7 0 0 0
900 7.04724583.66236
1 0.003105960.00044073
7
4800 7.086624446.1992
60.01665773
40.00235059
6
9900 7.125950420.2859
70.03454710
70.00484810
4
10200 7.165351948.1734
30.03579079
30.00499501
7
10400 7.204752966.7650
60.03669323
60.00509295
8
10430 7.24453119.5538
10.03699981
20.00510764
9
10210 7.283451999.1030
10.03641637
20.00499991
4
9540 7.322848586.8210
30.03421072
8 0.00467181
8400 7.3622 42780.84870.03028472
70.00411354
3
7740 Ruptura39419.4963
1
Grafica # 2
0.00044073676548525
0.002350596082588
0.00484810442033774
0.00499501667549949
0.00509295817894065
0.00510764940445684
0.00499991375067155
0.00467180971414366
0.00411354314452899
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
Esfuerzo vs. Deformacion Aluminio
Acero A1045
Diámetro ѳ (in) 0.5Modulo de elasticidad E (psi)
29000000
Punto de fluencia (lb) 23000
Tabla # 3
F (lb) L (in) σ (psi) ʆ (in) ɛ0 6.9685 0 0 0
13000 766208.456
330.0159813
520.0022830
5
21000 7.0472106952.12
180.0259901
030.0036880
04
22700 7.0866115610.15
070.0282511
340.0039865
57
22900 7.1259116628.74
230.0286580
950.0040216
81
23000 7.1653117138.03
810.0289423
860.0040392
43
22200 7.2047113063.67
160.0280893
050.0038987
47
21300 7.244108480.00
920.0270975
580.0037406
9
19850 Ruptura101095.21
99
Grafica # 3
0.00228305021814581
0.00368800419854323
0.00398655691937768
0.00402168076888762
0.00403924269364259
0.00389874729560284
0.00374068997280814
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
Esfuerzo vs. Deformacion A1045
Acero Cold Roll
Diámetro ѳ (in) 0.5Modulo de elasticidad E (psi)
29700000
Punto de fluencia (lb) 16970
Tabla # 4
F (lb) L (in) σ (psi) ʆ (in) ɛ0 6.9685 0 0 0
9500 748383.102
70.0114034
250.0016290
61
15050 7.047276649.020
590.0181872
380.0025807
75
16200 7.086682505.922
50.0196864
130.0027779
77
16680 7.125984950.542
420.0203821
240.0028602
88
16900 7.165386070.993
220.0207651
340.0028980
13
16860 7.204785867.274
910.0208298
970.0028911
54
16850 7.24485816.345
320.0209310
980.0028894
39
16700 7.283485052.401
590.0208575
980.0028637
17
16300 7.322883015.218
320.0204681
430.0027951
25
15500 7.362278940.851
770.0195682
940.0026579
41
14900 7.401575885.076
870.0189112
250.0025550
53
13500 7.440968754.935
420.0172255
420.0023149
81
12300 Ruptura62643.385
6
Grafica # 4
0.00162906069696755
0.00258077510414333
0.00277797718851309
0.00286028762372828
0.00289801323986858
0.00289115403693399
0.00288943923620034
0.00286371722519559
0.00279512519584958
0.00265794113715758
0.00255505309313858
0.00231498099042757
0100002000030000400005000060000700008000090000
100000
Esfuerzo vs. Deformacion Cold Roll
Discusión de resultados
En esta práctica de laboratorio se pusieron a prueba 4 distintas probetas de 4 distintos materiales los cuales son: Acero A709, Aluminio, Acero A1045 y Acero Cold Roll.
Luego de someter a tensión cada una de las probetas se pudo observar el tipo de falla o fractura que tuvo cada una de las probetas, las cuales fueron:
Acero A709: Falla Dúctil
Acero 1045: Falla Frágil Aluminio: Falla Dúctil Acero Cold Roll: Falla Dúctil
También se pudo observar que el material más dúctil de los cuatro fue el acero A709 ya que es la probeta con la ruptura que más se asemeja a la siguiente imagen:
La imagen anterior pertenece a una falla dúctil ya que bajo la acción de la tensión puede deformarse sosteniblemente sin llegar a su punto de ruptura.
En las graficas que se muestran anteriormente se puede observar que para todos los materiales se cumple la ley de Hook lo que nos dice que tienen una zona elástica, también se puede ver como luego de esto entran a una zona plástica hasta llegar al esfuerzo ultimo y finalizando con el punto de ruptura. Esto nos muestra que nuestras graficas de esfuerzo vs. deformación tienen sentido en relación a cada material.
Conclusiones
- Los cuatro diferentes materiales obedecen la ley de Hooke, tienen una zona elástica y una zona plástica.
- El material que tuvo una mayor elongación y fue el más dúctil es el acero A709.
- El proceso de fabricación de los materiales no afecta su grafica de esfuerzo vs. deformación.
- A mayor ductilidad mayor zona de estricción.- El esfuerzo último mayor pertenece al material más dúctil (A709).
Recomendaciones
Las recomendaciones que se podrían dar en esta práctica son:
La persona que esté midiendo la elongación de la probeta se lo tiene que tomar muy en serio y no estar distraído porque los cambios se dan en segundos.
Tomar video para la recolección de datos seria una herramienta muy útil.
La persona que esté viendo en la máquina el esfuerzo aplicado debe de estar muy atenta también.
A la hora de hacer el reporte hay que aprender a tener criterio propio para interpretar bien los datos.
Bibliografía
Anónimo. (s.f) Ley de Hooke. (en Red). Disponible en:
http://www.educaplus.org/play-119-Ley-de-Hooke.html
Anónimo. (s.f) Fallas en acero. (en Red). Disponible en:
http://grupos.emagister.com/documento/fallas_clasicas_en_estructuras_de_acero_y_de_concreto_por_david_perez_navarrete/1683-1011717
Anónimo. (s.f). gráfica esfuerzo deformación. (en Red). Disponible en:
http://grupos.emagister.com/documento/fallas_clasicas_en_estructuras_de_acero_y_de_concreto_por_david_perez_navarrete/1683-1011717
Anexos
Imagen 1. Probetas con fallas que se unieron.
Imagen 2. Probetas con fallas, separadas para poder observar el tipo de falla que tiene cada una.
Aplicación a la carrera
Aplicación para Ingeniería Industrial
Esta práctica puede servir a la hora de diseñar una planta y se quiera trabajar con acero o con algún tipo de metal.
Cuando se desee corroborar el trabajo del ingeniero estructural o ingeniero civil con el que se esté trabajando.
Para verificar si con el acero con el que se trabajo, es el adecuado con respecto al uso que se le quiera dar.
Aplicación para Ingeniería Civil
Conocer el comportamiento de cada uno de los 4 materiales cuando se someten a tensión.
Conocer el esfuerzo último de cada material para cuando se realice un diseño estructural con alguno de estos materiales.
Utilizar la ductibilidad de estos materiales como mas nos convenga cuando necesitemos utilizarlos.