histeresis
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Ensayo de materiales IMecanica de materialesInformeTRANSCRIPT
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERIA CIENCIAS FISICAS Y
MATEMATICA
CARRERA DE INGENIERIA CIVIL
TEMA:
HISTERESIS (CARGA Y DESCARGA) ACERO LAMINADO A36
ENSAYO N°6
NOMBRE:
ALEXIS JAVIER LEON TAPIA
PARALELO:
SEGUNDO
FECHA DE REALIZACION:
2015/18/06
FECHA DE ENTREGA:
2015/25/06
DIA Y HORA:
JUEVES/09:00
INTRODUCCION:
LA HISTERESIS
La histéresis es el fenómeno de inercia por lo cual un material ofrece resistencia
a un cambio. Tiene una tendencia a conservar sus propiedades, por el cual un
material presenta un estado de evolución que no depende solo de la causa que
lo provoca, sino también de sus estados anteriores.
Diferencia entre la energía de deformación necesaria para generar un esfuerzo
determinado en un material y la energía elástica en dicho esfuerzo. Es la energía
disipada como calor de un material en un ciclo de ensayo dinámico.
Existen muchas normas que regulan los ensayos de varillas de refuerzo entre
ellas ASTM A370, ASM A615, ASTM A996, BS4449 y EN 10002-1. Los ensayos
mecánicos que marcan estos estándares pueden ser exigentes tanto para los
operarios como para los equipos. Por tanto, cuando se realizan ensayos con
grandes barras de refuerzo, se recomienda usar un único bastidor de pruebas
en lugar de los espacios duales tradicionales. Para este ensayo hemos usado un
modelo 294.3KN, que tiene una capacidad de 294.3KN (30000 Kg).
ACERO LAMINADO A36
El acero A36 es una aleación de acero al carbono de propósito general muy
comúnmente usado en los Estados Unidos, aunque existen muchos otros
aceros, superiores en resistencia, cuya demanda está creciendo rápidamente.
El acero estructural A36 o acero estructural con carbono, es hasta hace poco
tiempo, el acero estructural básico utilizado más comúnmente en construcciones
de edificios y puentes.
El acero A36 es el más generalizado de los aceros laminados en caliente. Por lo
general, está disponible en barra redonda, barra cuadrada, barra rectangular, así
como perfiles de acero tales como vigas I, vigas H, ángulos, y canales. El
proceso de laminado en caliente significa que la el procesamiento de superficie
de este acero será algo difícil.
Las aplicaciones comunes del acero estructural A36 es en la construcción, y es
moldeado en perfiles y láminas, usadas en edificios e instalaciones industriales;
cables para puentes colgantes, atirantados y concreto reforzado; varillas y mallas
electrosoldada para el concreto reforzado; láminas plegadas usadas para techos
y pisos.
OBJETIVOS:
OBJETIVO GENERAL:
Determinar la histéresis producida a una muestra de acero laminado A36,
obteniéndose experimentalmente como dato sus valores de carga y
deformación y mediante el análisis de diagrama correspondiente señalar
dichas zonas e interpretar estos resultados calculando este tipo de
energía.
OBJETIVOS ESPECIFICOS:
Verificar el comportamiento del material en cada zona y comparar en cada
una de ellas la histéresis obtenida.
Obtener sus diagramas e identificar cada una de sus partes.
MATERIALES Y EQUIPOS:
MATERIALES:
Acero dúctil laminado A36
EQUIPOS:
Máquina Universal 30 Ton.
Apreciación: ±1 Kg
Calibrador
Apreciación: ± 0.05mm
Deformimetro Lineal
Apreciación: ±1 ∙ 10−2𝑚𝑚
Compas de porcentaje
Apreciación: ±1%
PROCEDIMIENTO:
Procedemos a medir las dimensiones iníciales de la probeta.
Colocamos la probeta en las mordazas correctamente, y luego se coloca
el defomímetro sobre la probeta. Encendemos la máquina universal y
elegida la escala a trabajar procedemos a someter a la probeta a las
cargas requeridas.
Para la primera parte, leeremos en el dial, las cargas y en el defomímetro.
Llegaremos a un punto (LF), donde procederemos a medir los
incrementos de deformación y la carga respectiva, hasta cierta carga
después descargamos la probeta totalmente y repetimos este
procedimiento tres veces
Desmontamos la probeta y medimos sus nuevas longitudes.
Sujetamos la probeta nuevamente y repetimos los procesos anteriores sin
descargar nuevamente solo llevándola hasta el punto de ruptura.
Escribimos todos los resultados en una tabla de valores.
TABLAS Y DATOS:
N
CARGA DEFORMACION AREA ESFUERZO DEFORMACION ESP.
P P
10˄-2 mm %
A σ ξ
Kg N mm*mm Mpa mm/mm
C
AR
GA
0 0 0 83,32 0 0
200 1962 0 83,32 23,547768 0
400 3924 1 83,32 47,095535 0,00005
600 5886 1 83,32 70,643303 0,00005
800 7848 2 83,32 94,191071 0,0001
1000 9810 4 83,32 117,73884 0,0002
1200 11772 6 83,32 141,28661 0,0003
1400 13734 9 83,32 164,83437 0,00045
1600 15696 10 83,32 188,38214 0,0005
1800 17658 12 83,32 211,92991 0,0006
DES
CA
RG
A
1600 15696 11 83,32 188,38214 0,00055
1400 13734 9 83,32 164,83437 0,00045
1200 11772 7 83,32 141,28661 0,00035
1000 9810 5 83,32 117,73884 0,00025
800 7848 3 83,32 94,191071 0,00015
600 5886 1 83,32 70,643303 0,00005
400 3924 0 83,32 47,095535 0
200 1962 0 83,32 23,547768 0
0 0 0 83,32 0 0
C
AR
GA
0 0 0 83,32 0 0
200 1962 0 83,32 23,547768 0
400 3924 2 83,32 47,095535 0,0001
600 5886 4 83,32 70,643303 0,0002
800 7848 6 83,32 94,191071 0,0003
1000 9810 8 83,32 117,73884 0,0004
1200 11772 10 83,32 141,28661 0,0005
1400 13734 12 83,32 164,83437 0,0006
1600 15696 14 83,32 188,38214 0,0007
1800 17658 16 83,32 211,92991 0,0008
2000 19620 18 83,32 235,47768 0,0009
2200 21582 20 83,32 259,02544 0,001
2400 23544 23 83,32 282,57321 0,00115
2600 25506 25 83,32 306,12098 0,00125
2800 27468 27 83,32 329,66875 0,00135
3060 30018,6 50 83,32 360,28084 0,0025
3100 30411 100 83,32 364,9904 0,005
3100 30411 150 83,32 364,9904 0,0075
3100 30411 200 83,32 364,9904 0,01
3000 29430 220 83,32 353,21651 0,011
D
ESC
AR
GA
1920 18835,2 210 83,32 226,05857 0,0105
1800 17658 208 83,32 211,92991 0,0104
1600 15696 206 83,32 188,38214 0,0103
1400 13734 204 83,32 164,83437 0,0102
1200 11772 201 83,32 141,28661 0,01005
1000 9810 198 83,32 117,73884 0,0099
800 7848 196 83,32 94,191071 0,0098
600 5886 193 83,32 70,643303 0,00965
400 3924 191 83,32 47,095535 0,00955
200 1962 188 83,32 23,547768 0,0094
0 0 186 83,32 0 0,0093
CA
RG
A
0 0 186 83,32 0 0,0093
200 1962 188 83,32 23,547768 0,0094
400 3924 191 83,32 47,095535 0,00955
600 5886 192 83,32 70,643303 0,0096
800 7848 194 83,32 94,191071 0,0097
1000 9810 196 83,32 117,73884 0,0098
1200 11772 199 83,32 141,28661 0,00995
1400 13734 200 83,32 164,83437 0,01
1600 15696 203 83,32 188,38214 0,01015
1800 17658 206 83,32 211,92991 0,0103
2000 19620 208 83,32 235,47768 0,0104
2200 21582 211 83,32 259,02544 0,01055
2400 23544 214 83,32 282,57321 0,0107
2600 25506 216 83,32 306,12098 0,0108
2800 27468 219 83,32 329,66875 0,01095
3000 29430 221 83,32 353,21651 0,01105
3020 29626,2 250 83,32 355,57129 0,0125
3060 30018,6 300 83,32 360,28084 0,015
3060 30018,6 350 83,32 360,28084 0,0175
3140 30803,4 400 83,32 369,69995 0,02
3190 31293,9 450 83,32 375,58689 0,0225
3000 29430 474 83,32 353,21651 0,0237
DES
CA
RG
A
2800 27468 470 83,32 329,66875 0,0235
2600 25506 469 83,32 306,12098 0,02345
2400 23544 467 83,32 282,57321 0,02335
2200 21582 464 83,32 259,02544 0,0232
2000 19620 462 83,32 235,47768 0,0231
1800 17658 459 83,32 211,92991 0,02295
1600 15696 457 83,32 188,38214 0,02285
1400 13734 454 83,32 164,83437 0,0227
1200 11772 452 83,32 141,28661 0,0226
1000 9810 448 83,32 117,73884 0,0224
800 7848 446 83,32 94,191071 0,0223
600 5886 444 83,32 70,643303 0,0222
400 3924 440 83,32 47,095535 0,022
200 1962 438 83,32 23,547768 0,0219
0 0 434 83,32 0 0,0217
CA
RG
A H
AST
A L
A F
ALL
A
0 0 434 83,32 0 0,0217
200 1962 435 83,32 23,547768 0,02175
400 3924 438 83,32 47,095535 0,0219
600 5886 440 83,32 70,643303 0,022
800 7848 442 83,32 94,191071 0,0221
1000 9810 445 83,32 117,73884 0,02225
1200 11772 448 83,32 141,28661 0,0224
1400 13734 453 83,32 164,83437 0,02265
1600 15696 457 83,32 188,38214 0,02285
2400 23544 464 83,32 282,57321 0,0232
2600 25506 466 83,32 306,12098 0,0233
2800 27468 470 83,32 329,66875 0,0235
3000 29430 473 83,32 353,21651 0,02365
3210 31490,1 500 83,32 377,94167 0,025
3290 32274,9 550 83,32 387,36078 0,0275
3420 33550,2 600 83,32 402,66683 0,03
3510 34433,1 650 83,32 413,26332 0,0325
3570 35021,7 700 83,32 420,32765 0,035
3630 35610,3 750 83,32 427,39198 0,0375
3690 36198,9 800 83,32 434,45631 0,04
3800 37278 850 83,32 447,40759 0,0425
3990 39141,9 1200 6 83,32 469,77796 0,06
4210 41300,1 1600 8 83,32 495,68051 0,08
4340 42575,4 2000 10 83,32 510,98656 0,1
4430 43458,3 2400 12 83,32 521,58305 0,12
4460 43752,6 2800 14 83,32 525,11522 0,14
4460 43752,6 3000 15 83,32 525,11522 0,15
4370 42869,7 3200 16 83,32 514,51872 0,16
4090 40122,9 3400 17 83,32 481,55185 0,17
3100 30411 3600 18 83,32 364,9904 0,18
P(N)
Δ(mm)
DIAGRAMA CARGA VS DEFORMACION
Pmax
Δruptura
1mm: 0.15 mm
1mm: 30 N
ESCALA
P(N)
Δ(mm)
PRIMERA ETAPA ZONA ELASTICA
1mm: 5,5*10˄-2 mm
1mm: 120 N
P(N)
Δ(mm)
Δ(18.6mm)
SEGUNDA ETAPA
HISTERESIS
1mm: 10*10˄-2 mm
1mm: 20,38 N
P(N)
Δ(mm)
Δ(4.34mm)
TERCERA ETAPA
HISTERESIS
1mm: 15*10˄-2 mm
1mm: 30,58 N
++CACULOS TIPICOS:
AREA DE APLICACIÓN
Diámetro 10.3 mm
𝐴 = 𝜋𝑟2
𝐴 = 𝜋(5.15𝑚𝑚)2
𝐴 = 83.32 𝑚𝑚2
AREA FINAL
Diámetro 6.6 mm
𝐴 = 𝜋𝑟2
𝐴 = 𝜋(3.3𝑚𝑚)2
𝐴 = 34.21 𝑚𝑚2
ESFUERZO MAXIMO
𝜎𝑚𝑎𝑥 =𝑃𝑚𝑎𝑥
𝐴
𝜎𝑚𝑎𝑥 =43752.6 𝑁
83.32 𝑚𝑚2
𝜎𝑚𝑎𝑥 = 525.097 𝑀𝑃𝑎
ESFUERZO ÚLTIMO
𝜎𝑢𝑙𝑡𝑖𝑚𝑜 =𝑃𝑢𝑙𝑡𝑖𝑚𝑜
𝐴
𝜎𝑢𝑙𝑡𝑖𝑚𝑜 =30411𝑁
83.32 𝑚𝑚2
𝜎𝑢𝑙𝑡𝑖𝑚𝑜 = 365 𝑀𝑃𝑎
ELONGACION
𝑒 =𝑙𝑓 − 𝑙𝑜
𝑙𝑜∙ 100
𝑒 =36𝑚𝑚
200𝑚𝑚∙ 100
𝑒 = 18%
ESTRICCION
e =Ao − Af
Ao∙ 100
e =83.32 − 34.21
83.32∙ 100
e = 58.94%
RESILIENCIA HIPERELASTICA SEGUNDA FASE
𝑈ℎ𝑖𝑝𝑒𝑟𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑎 =𝑃 ∙ 𝑃 ∙ ∆𝐸
2𝑃𝐸
𝑈ℎ𝑖𝑝𝑒𝑟𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑎 =29430𝑁 ∙ 29430𝑁 ∙ (0.12𝑚𝑚)
2 ∙ 17658𝑁
𝑈ℎ𝑖𝑝𝑒𝑟𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑎 = 2943𝑁 ∙ 𝑚𝑚 1 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜
1000𝑚𝑚
𝑈ℎ𝑖𝑝𝑒𝑟𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑎= 2.943 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒𝑠
HISTERESIS SEGUNDA FASE
𝐻𝑖𝑠𝑡𝑒𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠 = 414.80478 𝑁 ∙ 𝑚𝑚
𝐻𝑖𝑠𝑡𝑒𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠 = 414.80478𝑁 ∙ 𝑚𝑚 1 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜
1000𝑚𝑚
𝐻𝑖𝑠𝑡𝑒𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠 = 0.4148 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒𝑠
ENERGIA TOTAL GASTADA EN EL PROCESO DE CARGA SEGUNDA FASE
𝑈 = 𝑈ℎ𝑖𝑝𝑒𝑟𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑎 + 𝐻𝑖𝑠𝑡𝑒𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠
𝑈 = 2.943 𝐽 + 0.4148𝐽
𝑈 = 3.3578 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒𝑠
RESILIENCIA HIPERELASTICA TERCERA FASE
𝑈ℎ𝑖𝑝𝑒𝑟𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑎 =𝑃 ∙ 𝑃 ∙ ∆𝐸
2𝑃𝐸
𝑈ℎ𝑖𝑝𝑒𝑟𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑎 =29430𝑁 ∙ 29430𝑁 ∙ (0.12𝑚𝑚)
2 ∙ 17658𝑁
𝑈ℎ𝑖𝑝𝑒𝑟𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑎 = 2943𝑁 ∙ 𝑚𝑚 1 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜
1000𝑚𝑚
𝑈ℎ𝑖𝑝𝑒𝑟𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑎= 2.943 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒𝑠
HISTERESIS TERCERA FASE
𝐻𝑖𝑠𝑡𝑒𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠 = 608.41244 𝑁 ∙ 𝑚𝑚
𝐻𝑖𝑠𝑡𝑒𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠 = 608.41244𝑁 ∙ 𝑚𝑚 1 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜
1000𝑚𝑚
𝐻𝑖𝑠𝑡𝑒𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠 = 0.6084 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒𝑠
ENERGIA TOTAL GASTADA EN EL PROCESO DE CARGA TERCERA FASE
𝑈 = 𝑈ℎ𝑖𝑝𝑒𝑟𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑎 + 𝐻𝑖𝑠𝑡𝑒𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠
𝑈 = 2.943 𝐽 + 0.6084𝐽
𝑈 = 3.5514 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒𝑠
CONCLUSIONES:
El acero laminado A36 tiene un porcentaje de elongación mayor al 5% por
lo que se convierte en un material dúctil, su esfuerzo máximo es de
525.097 Mpa y sufrió una considerable deformación de su área
transversal así su estricción fue del 58.94%.
La resiliencia hiperelastica es la energía que libera el material si se lo
descarga desde un punto cualquiera pasado la zona elástica, esta
sumada con la histéresis nos da la energía total gastada en el proceso de
carga. La energía total de la tercera fase fue claramente mayor 3.55
Joules que comparado a la energía necesaria para producir la falla o
tenacidad es notablemente pequeña.
De acuerdo al grafico se observa que cuando se realiza la carga y
descarga en la zona elástica este no sufre deformación permanente, y el
material recupera toda su energía gastada en el proceso de carga razón
por la cual no existe histéresis elástica. Esto sucede cuando el material
pasa el límite elástico y sufre deformación permanente, de tal manera que
pierde energía.
En el diagrama no se puede apreciar a simple vista la región donde se
produce la histéresis sin embargo no deja de ser importante, si bien es
cierto los diagramas representan una misma curva pero con el diagrama
de carga vs deformación obtuvimos energía en Joules, mientras que con
el diagrama esfuerzo unitario vs deformación especifica obtendríamos un
módulo en Joules por metro cubico y sus magnitudes también son
distintas.
En la primera fase el material no se deformo permanentemente pero en la
segunda si lo hiso 1.36 mm de donde fue el punto inicial para la siguiente
fase de carga y descarga también dejando una deformación permanente
de 4.34 mm. Luego se realizó un proceso de carga hasta llegar a la falla
donde su deformación última fue de 36mm. En los dos procesos pasados
la zona elástica se lo descargo cuando llego a las 3000kg por esto la
resiliencia hiperelastica fue la misma en los dos casos pero su histéresis
diferente
RECOMENDACIONES:
Se debe tratar de tomar las medidas de forma exacta y precisa para
disminuir el error en la práctica por ser datos de laboratorio
BIBLIOGRAFIA:
https://es.wikipedia.org/wiki/Hist%C3%A9resis
http://www.construmatica.com/construpedia/Hist%C3%A9resis
http://www.instron.com.ar/wa/glossary/Elastic-Hysteresis.aspx
ANEXOS:
Probeta acero laminado A36 cuando llego a la falla
Probeta de acero divida en dos secciones luego del ensayo