Compresion

UNIVERSIDAD SANTO TOMASDIVISIÓN DE INGENIERÍAS

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICAAsignatura: MATERIALES INDUSTRIALES I

Alejandro Corredor Rodríguez (A. Corredor), Brayan Camilo Casas Tangarife (B. C. Casas), Diego Armando Gutiérrez Matiz (D.A. Gutiérrez)

Ensayo de Compresión


(10 de Mayo de 2016)

RESUMEN

El ensayo de compresión, consiste en un ensayo donde se busca evaluar el esfuerzo o la carga axial capaz de resistir un material antes de que llegue a su punto de fluencia. Para poder realizar este ensayo se deben seguir una serie de normas reguladas por el ASTM, esto con el fin de que los datos obtenidos sean más precisos.

Palabras clave - Esfuerzo, Deformación, Modulo de Young, Elasticidad, Fluencia.

ABSTRACT

The compression test is a test which seeks to assess the effort or the axial load a material can withstand before it reaches its yield point. To perform this test must follow a set of standards regulated by the ASTM, this in order that the data obtained are more accurate.

Keywords – Stress, strain, Young's modulus, Elasticity, Creep.

Alejandro Corredor Rodríguez: [email protected]. Estudiante de Ingeniería, Facultad de Ingeniería Mecánica, Universidad Santo Tomás.Brayan Camilo Casas Tangarife: [email protected]. Estudiante de Ingeniería, Facultad de Ingeniería Mecánica, Universidad Santo Tomás.Diego Armando Gutiérrez Matiz: [email protected]. Estudiante de Ingeniería, Facultad de Ingeniería Mecánica, Universidad Santo Tomás.Materiales

I. INTRODUCCIÓN

Las propiedades mecánicas de los aceros y fundiciones son influenciadas por la composición química, producida del material, tratamiento térmico, condiciones ambientales, velocidad de calentamiento e enfriamiento y ante todo su grado de resistencia ante las deformaciones generadas por fuerzas externas e internas a las que debe someterse constantemente.

Materiales Industriales I - Ensayo No. 1, Grupo 3A, Febrero de 2016, pág.1 a pág.3



Alejandro Corredor Rodríguez (A. Corredor), Brayan Camilo Casas Tangarife (B. C. Casas), Diego Armando Gutiérrez Matiz (D.A. Gutiérrez)Como futuros ingenieros mecánicos debemos poseer un alto conocimiento acerca de las condiciones extremas en las cuales trabajan los materiales, en especial el acero ya que este es uno de los más utilizados para plasmar nuestras ideas de diseño, producción, mantenimiento etc.

II.OBJETIVOS

Determinar la resistencia de un material y su deformación ante un esfuerzo de compresión, en el mayor de los casos siempre se realiza en metales aunque se puede realizar en cualquier material.

Caracterizar algunas propiedades mecánicas del material (propiedades curvas de comportamiento).

Estudiar el comportamiento de los materiales dúctiles en especial el (acero 8620) cuando son sometidos a carga axial de compresión.

III. MARCO TEÓRICO

Fundamentos teóricos En general, cuando se somete un material a un conjunto de fuerzas se produce tanto flexión, como torsión, todos estos esfuerzos conllevan la aparición la aparición de tensiones de tracción como de compresión. Aunque en ingeniera se distingue entre el esfuerzo de compresión (axial) y las tensiones de compresión.CompresiónLa compresión puede ser un proceso físico o mecánico que consiste en someter a un cuerpo a la acción de dos fuerzas opuestas para que disminuya su volumen. Se conoce como esfuerzo de compresión al resultado de estas tensiones.

Esfuerzo de compresión El esfuerzo de compresión es la resultante de las tensiones o presiones que existen dentro de un sólido deformable o medio continuo, caracterizada porque tiende a una reducción de volumen En un prisma mecánico el esfuerzo de compresión puede ser simplemente la fuerza resultante que actúa sobre una determinada sección transversal al eje baricéntrico de dicho prisma, lo que tiene el efecto de acortar la pieza en la dirección de eje baricéntrico. Las piezas prismáticas sometidas a un esfuerzo de compresión considerable son susceptibles de experimentar pandeo flexional, por lo que su correcto dimensionado requiere examinar dicho tipo de no linealidad geométrica.

.


http://definicion.de/cuerpo



Alejandro Corredor Rodríguez (A. Corredor), Brayan Camilo Casas Tangarife (B. C. Casas), Diego Armando Gutiérrez Matiz (D.A. Gutiérrez)TERMINOLOGIA [1]

1. Pandeo: Fenómeno de inestabilidad elástica ocasionado por la compresión de un material, este suele ocurrir por cuatro razones principales:

La inestabilidad elástica a través de la columna o material y la no axialidad de la carga aplicada.

Únicamente inestabilidad a lo largo de la probeta Inestabilidad local, elástica o inelástica, en una porción de la probeta Falla torsional

2. Columna: objeto o material que posee una carga axial y que puede llegar a poseer un pandeo.

3. Esfuerzo Critico: Es el esfuerzo axial uniforme que causa el pandeo de un material, la carga critica es calculada por la multiplicación del esfuerzo critico por la sección transversal del área.

4. Radio de Giro: Se define como la raíz cuadrada del momento de inercia dividido en la sección transversal del área.

ρ=√ IA

5. Ecuaciones de Pandeo: Si el esfuerzo de pandeo es menor o igual la limite proporcional del material entonces

S=C π 2∗Y ( Lp )

2

Donde:S = Esfuerzo del pandeoY = Modulo de YoungL= Largo columnaC = coeficiente de fijezap = Radio de giro

6. Módulo de Young: parámetro que caracteriza el comportamiento de un material elástico, dependiendo de la magnitud y la dirección de la carga.

Y= εσ

Donde:Y = Modulo de Youngε = Deformaciónσ = Esfuerzo

7. Diagrama Esfuerzo-Deformación:





Figura1. Diagrama Esfuerzo-Deformación [2]

CONSIDERACIONES TEORICAS

A continuación, se enumeran una serie de consideraciones a tomar en cuenta en el ensayo, en estas se explica la causa de que los resultados obtenidos en el ensayo posean cierto errores o inexactitudes [3]:

1. La dificultad de aplicar una carga verdaderamente concéntrica o axial.

2. El carácter relativamente inestable de este tipo de carga en contraste con la tracción. Existe siempre una tendencia al establecimiento de cargas flexionantes ya que el efecto de las irregularidades de alineación accidentales dentro de la probeta se acentúa a medida que la carga prosigue.

3. La fricción entre los puentes de la máquina de ensayo o las placas de apoyo y las superficies de los extremos de la probeta debido a la expansión lateral de ésta. Esto puede alterar considerablemente los resultados que se obtendrían.

4. Las áreas seccionales, relativamente mayores de la probeta para ensayo de compresión para obtener un grado apropiado de estabilidad de la pieza. Esto se traduce en la necesidad de una máquina de ensayo de capacidad relativamente grande o probetas tan pequeñas y, por lo tanto, tan cortas que resulta difícil obtener de ellas mediciones de deformación de precisión adecuada.





TAMAÑO PROBETAS

El ASTM E9 reconoce tres tipos de probetas(Figura2), que pueden ser utilizadas en la práctica, cada una posee ciertas ventajas y desventajas, entre más corta la probeta menos precisa los datos obtenidos, pero cuanto más larga existe mayores probabilidades de que se establezcan cargas flexionantes las cuales afecten los resultados. Por esta razón se decidió utilizar una probeta de longitud mediana con un diámetro de 3/8 de pulgada o 15 – 16 mm y un largo de 40 mm aproximadamente.

Figura2. Tamaño Probetas [4]

ROTULA

Es necesario utilizar una rotula para evitar posibles errores en el ensayo y por propia seguridad del estudiante y el docente, como se puede observar en las consideraciones teóricas el objeto tiende a moverse lateralmente, la rótula impedirá este movimiento, según la ASTM E9 la rótula debe contener una forma parecida a la Figura3.

Figura3. Rotula [5]





PROCEDIMIENTO INDUSTRIAL [6]

1. Medición de la Probeta: Con un micrómetro un calibrador Vernier, se tomarán las debidas mediciones de la probeta, tanto del diámetro inicial como de su largo inicial.

2. Limpieza: Se realizará una limpieza de la probeta con acetona u otro disolvente, con el fin de limpiar cualquier tipo de grasa o aceite.

3. Lubricación: La fricción puede afectar los resultados, por esta razón se aconseja lubricar la superficie de la probeta.

4. Instalación de la probeta: Coloque la probeta en su respectiva rotula, alineándola de tal manera que la probeta soporte una carga concéntrica de manera axial, además ajuste a la probeta cualquier otro accesorio que posea la rótula.

5. Rango de Carga o Esfuerzo: Seleccione el rango de carga que desea estudiar, este rango debe ser un tercio del valor máximo de carga supuesto.

6. Velocidad: Si la máquina de compresión posee alguna función para ajustar la velocidad, se debe mantener una velocidad constante en un valor cercano a 0.005 m/m*min.

7. Inicio Prueba: Después de colocar y alinear correctamente la máquina, inicie el programa que recolecta los datos e inicie la máquina, al terminar el ensayo tome los datos del diámetro final y la longitud final de la probeta.+

REPORTE [7]

Material Probeta Configuración Probeta Dimensiones Probeta Características Maquina Diagrama de Esfuerzo-deformación Módulo de Elasticidad Límite de Elasticidad Fuerza Compresiva Fallas y Anomalías Precisión

IV. PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO

1)





Siguiendo el reglamento de seguridad del laboratorio utilizamos todos los implementos necesarios para nuestra seguridad antes de comenzar con la práctica (gafas, protectores, bata ,etc)2)

Colocamos todas la herramientas necesarias para el ensayo a nuestra disposición (probeta, máquina de ensayos universal, calibrador pie de rey).3)

Realizamos las mediciones necesarias de la probeta como son diámetro y longitud.4)

Colocamos la probeta en la máquina de ensayos universal y bajamos el fuelle móvil hasta que este haga contacto con la probeta de esta manera podemos dar inicio al ensayo de compresión.

5)





Al alcanzar la carga máxima de acuerdo con las instrucciones del profesor se para la máquina y se registra cual fue el mayor dato obtenido.

6)

Se vuelve a tomar medidas de la probeta después del ensayo para observar cuanta distancia fue la que se comprimió y observar que otros factores se alteraron.

V.RESULTADOS

Para poder conocer cuál es el límite elástico o límite de fluencia y el módulo de Young correspondiente al acero 8620, el cual fue el utilizado en el ensayo de compresión. Primero se realizó una tabla de los datos obtenidos (Documento Excel Adjunto), esta contenía la carga aplicada y el desplazamiento o posición, después se decidió graficar esta tabla obteniendo:





Esta primera grafica a pesar de que se parece bastante a la del esfuerzo vs deformación, no corresponde a esta, esto debido a que los valores expresados en los ejes, como se puede ver en la gráfica, corresponden a toneladas fuerza y milímetros. Cabe resaltar que se omitieron los cuatro primeros datos debido a que además de que eran anormales, estos no correspondían a la gráfica a causa de que era cuando la maquina estaba empezando a operar y la probeta aún no estaba del todo acoplada,

Después de realizar la primera grafica se decidió realizar la gráfica de esfuerzo vs deformación, para esto será necesario saber que:

σ= FA

;ε=∆ SSo

Donde:σ=Esfuerzo ε=DeformacionF=Fuerza∆ S=DesplazamientoA=Area So=Posicioninicial

Mediante la utilización de Excel se obtuvo otra tabla a partir de las cargas y las posiciones (Documento Excel Adjunto), con esta tabla en la cual se aplicaban las formulas antes mencionadas, se obtuvo la gráfica esfuerzo vs deformación:





0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.250

2

4

6

8

10

12

14

16

18

Grafica Esfuerzo vs Deformacion

Deformación

Esfu

erzo

(Ton

/mm

²)

Esta tabla corresponde al comportamiento del material cuando se le aplica una carga en determinado tiempo, como se puede observar se obtuvo un esfuerzo en unidades de toneladas fuerza sobre milímetro cuadrado y la deformación en unidades adimensionales a causa de que al operar se obtiene milímetro sobre milímetro. Con esta gráfica y con los datos obtenidos ahora si podemos determinar el limite elástico o de fluencia y el módulo de Young.Para hallar el límite de fluencia se utilizó el método del 0.2%, entonces se tomó dos valores de la deformación y se les sumo un 0.002, el dato de esfuerzo se dejó igual. Con estos dos datos se trazó una recta que era paralela a la zona elástica de la gráfica de esfuerzo vs deformación, y donde intersecara la recta con la gráfica era donde se ubicaba el límite elástico:

0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.080

2

4

6

8

10

12f(x) = 486.718095483086 x − 15.508213609592

El valor del límite de elasticidad o de fluencia para un acero 8620 es aproximadamente: 0,07 Tonmm2

Con la gráfica anterior también es posible determinar el módulo de Young, como bien conocemos el módulo de Young es la pendiente de la zona elástica de la gráfica de esfuerzo vs deformación, como la recta que se creo es paralela a esta zona elástica quiere decir que posee la misma pendiente, por lo tanto, se le pidió a Excel que definiera la ecuación de esta recta, procedimiento que nos arrojó como




Alejandro Corredor Rodríguez (A. Corredor), Brayan Camilo Casas Tangarife (B. C. Casas), Diego Armando Gutiérrez Matiz (D.A. Gutiérrez)respuesta: y=486.72 x−15.508, lo cual nos dice que el módulo de Young para un acero 8620 es 48.72kg

mm2

VI. CONCLUSIONES

De acuerdo a los cálculos realizados anteriormente utilizando el método del 0,2% de la deformación para hallar el límite elástico se puede observar:

resultadoLimite elástico 70

Kgmm2

De acuerdo a los cálculos tenemos que el módulo de Young según la ecuacióny=486.72 x−15.508resultado

Módulo de Young

48.72kg

mm2

VII. REFERENCIAS

[1] ASTM E9, “Terminologia”, Standard Test Methods of Compression Testing of Metallic Materials at Room Temperature, 2000.

[2] Monografías, “Diagrama Esfuerzo. Deformación”, Disponible en: http://www.monografias.com/trabajos38/traccion-en-metales/Image10628.gif

[3] CALLE T. G., HENAO C. E., Consideraciones Teóricas, LABORATORIO DE RESISTENCIA DE MATERIALES GUÍA DE LABORATORIO, UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA, 2009.

[4] CALLE T. G., HENAO C. E., “Tamaño Probetas”, LABORATORIO DE RESISTENCIA DE MATERIALES GUÍA DE LABORATORIO, UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA, 2009.

[5] ASTM E9, “Rotula”, Standard Test Methods of Compression Testing of Metallic Materials at Room Temperature, 2000.

[6] ASTM E9, “Procedimiento”, Standard Test Methods of Compression Testing of Metallic Materials at Room Temperature, 2000.

[7] ASTM E9, “Reporte”, Standard Test Methods of Compression Testing of Metallic Materials at Room Temperature, 2000.


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