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UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR PROGRAMA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL MANUAL LABORATORIO RESISTENCIA DE MATERIALES 2012 - I INTRODUCCIÓN La productividad de cualquier organización depende del tamaño de las utilidades, éstas a su vez están afectadas por las ventas que dependen de la calidad del producto terminado. En las organizaciones manufactureras se hace necesario realizar ensayos mecánicos para conocer las propiedades de los productos y con base en éstos seleccionar un material que cumpla con las condiciones de resistencia, calidad y que su procesamiento sea óptimo. La selección adecuada de un material no es fácil, su hallazgo implica continua investigación científica y grandes pruebas de laboratorio, una mala selección puede costar muchas vidas, por tal motivo este manual tiene el propósito de llevar a cabo actividades uniformes para alcanzar mayor eficiencia y eficacia en la ejecución de los ensayos y así poder obtener una alta confiabilidad en la medida de las propiedades mecánicas que asegure una buena selección del material.

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LABORATORIO RESISTENCIA

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    MANUAL LABORATORIO RESISTENCIA DE MATERIALES

    2012 - I

    INTRODUCCIN

    La productividad de cualquier organizacin depende del tamao de las

    utilidades, stas a su vez estn afectadas por las ventas que dependen de la

    calidad del producto terminado. En las organizaciones manufactureras se hace

    necesario realizar ensayos mecnicos para conocer las propiedades de los

    productos y con base en stos seleccionar un material que cumpla con las

    condiciones de resistencia, calidad y que su procesamiento sea ptimo.

    La seleccin adecuada de un material no es fcil, su hallazgo implica continua

    investigacin cientfica y grandes pruebas de laboratorio, una mala seleccin

    puede costar muchas vidas, por tal motivo este manual tiene el propsito de

    llevar a cabo actividades uniformes para alcanzar mayor eficiencia y eficacia en

    la ejecucin de los ensayos y as poder obtener una alta confiabilidad en la

    medida de las propiedades mecnicas que asegure una buena seleccin del

    material.

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    2012 - I

    REGLAMENTACIN PARA EL DESARROLLO DE LAS PRCTICAS

    1. Todo estudiante debe conocer con anticipacin la teora de la

    experiencia a realizar. El profesor podr evaluar la preparacin del

    estudiante en lo referente a la prctica que va a realizar.

    2. Transcurridos 15 minutos despus del inicio de la clase, se pierde el

    derecho de asistir.

    3. Toda inasistencia al laboratorio ocasiona un cero (0) en la experiencia.

    4. La inasistencia por enfermedad no quita la falla.

    5. Con el 20% de inasistencia se pierde la asignatura.

    6. Por tratarse de una asignatura prctica no se realizan supletorios,

    habilitaciones, ni cursos vacacionales.

    7. Los grupos de trabajo se conservarn con los mismos integrantes

    durante todo el semestre.

    8. Cada grupo debe tener su propio manual y trabajar de manera

    autnoma.

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    MANUAL LABORATORIO RESISTENCIA DE MATERIALES

    2012 - I

    NORMAS DE SEGURIDAD

    El objetivo de esta gua es de dar a conocer al estudiante en las Normas de

    seguridad para Laboratorio, y algunas recomendaciones para el buen

    funcionamiento del laboratorio.

    1. Mantener informado al profesor de cualquier hecho anmalo que ocurra.

    La operacin de los Equipos, Instrumentos y Mquinas herramientas se

    har slo con la autorizacin y supervisin del docente a cargo o del

    Coordinador del laboratorio.

    2. El uso de bata blanca (manga corta) es obligatorio. En las prcticas que

    se haga necesario se deber hacer uso de las protecciones adecuadas(

    gafas, tapones auditivos u otros).

    3. Usar en el laboratorio siempre zapatos apropiados (cerrados). Nunca

    usar sandalias y/o zapatos abiertos.

    4. Evitar el uso de camisas, chaquetas y prendas de vestir de manga larga,

    as como el uso de anillos, pulseras, corbata, cadenas, etc.) que

    representen riesgo potencial para el usuario. Las personas de cabello

    largo deben usarlo recogido.

    5. Los usuarios deben respetar las reas asignadas para el uso de cada

    mquina o equipo.

    6. Nunca trabajar solo en el laboratorio. Mantenerse siempre acompaado,

    al menos de otra persona.

    7. Conocer el manejo y uso de los extintores disponibles en el laboratorio y

    de los dems equipos de emergencia.

    8. Mantener vigente hacerse a un seguro contra accidentes. Estudiante

    que no posea ste documento no podr ingresar a ningn laboratorio.

    9. Evitar los desplazamientos innecesarios y no correr. Mantener buena

    conducta y compostura dentro del laboratorio ya que el exceso de stos

    podra ocasionar un accidente.

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    MANUAL LABORATORIO RESISTENCIA DE MATERIALES

    2012 - I

    EXPERIENCIA No. 1 INSTRUMENTOS DE MEDICIN

    Contar las unidades recorridas desde el punto de referencia hasta la

    posicin final para la aguja pequea

    Contar las unidades recorridas desde el punto de referencia (cero) hasta

    la posicin final para la aguja grande

    Sumar las unidades recorridas por la aguja pequea y las centsimas

    recorridas por la aguja grande

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    MANUAL LABORATORIO RESISTENCIA DE MATERIALES

    2012 - I

    EXPERIENCIA No. 1 ENSAYO DE TRACCIN EN METALES

    OBJETIVO GENERAL

    Aprender a determinar mediante el ensayo de traccin las propiedades

    mecnicas de los materiales que se derivan de este ensayo.

    OBJETIVOS ESPECIFICOS

    Conocer el funcionamiento y manejo de la mquina para ensayos de

    traccin.

    Determinar el mdulo de elasticidad, lmite de fluencia, resistencia a la

    traccin, porcentaje de alargamiento y porcentaje de reduccin de rea

    del material ensayado.

    Reconocer los tipos de fractura en diferentes materiales.

    Determinar la relacin entre esfuerzo y deformacin unitaria para los

    materiales ensayados.

    Comparar las propiedades entre los diferentes materiales ensayados.

    GENERALIDADES

    La prueba de traccin consiste en someter una probeta normalizada del

    material a ensayar a un esfuerzo axial gradualmente creciente hasta provocar

    su rotura.

    Bajo el esfuerzo de traccin aplicado en forma gradual y continua, desde cero

    hasta su valor mximo, la probeta se alarga con la consecuente disminucin de

    las dimensiones transversales. Esto va acompaado de una generacin de

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    MANUAL LABORATORIO RESISTENCIA DE MATERIALES

    2012 - I

    calor procedente de las transformaciones de la estructura cristalina, debidas al

    trabajo de deformacin.

    Las probetas constan de una parte central calibrada, terminada en ambos

    extremos por sendas cabezas para fijar en las mordazas de la mquina. Las

    dimensiones de la probeta se indican en la figura 4.

    Figura 4. Probetas de seccin circular y seccin rectangular

    do : Dimetro inicial do 4 mm

    Lo : Longitud inicial entre marcas de referencia Lo = 5 do

    Lu : Longitud entre marcas de referencia despus de la rotura

    Lc : Longitud calibrada.

    Lc = Lo + do/2 para probetas de seccin circular.

    L

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    MANUAL LABORATORIO RESISTENCIA DE MATERIALES

    2012 - I

    Lc = Lo + 1.5 Ao para probetas de seccin prismtica.

    Ao : rea de la seccin transversal inicial

    du : Dimetro despus de la rotura

    Si en un sistema de coordenadas se sealan sobre las ordenadas las cargas

    aplicadas a la probeta y sobre las abscisas los alargamientos correspondientes

    se obtiene un diagrama caracterstico carga-deformacin.

    Transformando las lecturas del extensmetro en deformaciones unitarias

    dividiendo entre la longitud inicial LO y las cargas entre el rea inicial AO de

    la seccin transversal se obtiene un diagrama esfuerzo-deformacin unitaria

    para ingeniera que representa las propiedades mecnicas del material

    ensayado (Ver figura 5).

    Figura 5. Diagrama carga alargamiento para aceros con % medio de

    carbono

    Fp = Carga al lmite de proporcionalidad Fe = Carga al lmite elstico Fs = Carga al lmite superior de fluencia Fu = Carga en el momento de la rotura Fm = Carga mxima soportada por la

    probeta

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    MANUAL LABORATORIO RESISTENCIA DE MATERIALES

    2012 - I

    E.C., esfuerzo de cedencia = 53,000 lb/plg2 L.P., lmite proporcional =

    46,000 lb/plg2

    R.F., resistencia final = 74,000 lb/plg2 P.C., punto de cedencia = 50,000

    lb/plg2

    E, mdulo de elasticidad = (S2-S1)/ (e2-e1) E.R., esfuerzo de ruptura =

    55,000 lb/plg2

    Figura 6. Curvas de esfuerzo deformacin trazadas en dos diferentes

    escalas

    Con el diagrama esfuerzo deformacin ingenieril (figura 6) se pueden calcular

    las siguientes propiedades:

    : deformacin unitaria OO

    O

    L

    L

    L

    lL

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    MANUAL LABORATORIO RESISTENCIA DE MATERIALES

    2012 - I

    f : esfuerzo de fluencia O

    f

    fA

    F

    t : esfuerzo de traccin (mximo) O

    mt

    A

    F

    f : esfuerzo de rotura O

    rf

    A

    F

    E : mdulo de elasticidad OC

    O

    O

    e

    e

    e

    LL

    L

    A

    FE

    % L: Alargamiento porcentual %100%

    O

    OU

    L

    LLL

    % A: porcentaje de estriccin %100%

    O

    UO

    A

    AAA

    MATERIALES Y EQUIPO

    Mquina para pruebas de traccin

    Vernier

    Probetas

    PROCEDIMIENTO

    Medir en la probeta las dimensiones do y Lo.

    Llevar la mquina de ensayo de traccin hasta la posicin inicial

    Montar la probeta en la mquina.

    Aplicar la carga lentamente

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    MANUAL LABORATORIO RESISTENCIA DE MATERIALES

    2012 - I

    Leer los valores para carga y deformacin hasta la rotura de la probeta

    Eliminar la carga y retirar la probeta fracturada

    Medir en la probeta fracturada las dimensiones du y Lu

    DU (mm)

    AU (mm)

    TABLA 3. DATOS PARA TRACCIN

    F (N)

    (mm)

    TABLA 11. PROPIEDADES MECNICAS DEL ENSAYO DE TRACCIN

    MATERIAL %L %A E

    (N/mm)

    e

    (N/mm)

    f

    (N/mm)

    t

    (N/mm)

    u

    (N/mm)

    ALUMINIO

    ACERO

    BRONCE

    COBRE

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    MANUAL LABORATORIO RESISTENCIA DE MATERIALES

    2012 - I

    EXPERIENCIA No. 2 ENSAYO DE TORSIN EN METALES

    OBJETIVO GENERAL

    Obtener el mdulo de rigidez de los diferentes materiales ensayados.

    OBJETIVOS ESPECFICOS

    Conocer el funcionamiento y manejo de la mquina para ensayo de

    torsin.

    Utilizar adecuadamente el extensmetro y el vernier.

    Estudiar las caractersticas de la fractura por torsin en materiales

    dctiles y frgiles.

    Determinar la relacin entre momento torsor y deformacin angular para

    los materiales ensayados.

    Comparar los resultados obtenidos de los materiales ensayados.

    GENERALIDADES

    La torsin en s se refiere a un desplazamiento circular de una determinada

    seccin transversal de un elemento cuando se aplica sobre ste un momento

    torsor o una fuerza que produce un momento torsor alrededor del eje (Ver

    figura 7). El ngulo de torsin vara longitudinalmente.

    El ensayo de torsin consiste en aplicar un par torsor a una probeta por medio

    de un dispositivo de carga y medir el ngulo de torsin resultante en el extremo

    de la probeta. Este ensayo se realiza en el rango de comportamiento

    linealmente elstico del material.

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    MANUAL LABORATORIO RESISTENCIA DE MATERIALES

    2012 - I

    Los resultados del ensayo de torsin resultan tiles para el clculo de

    elementos de mquina sometidos a torsin tales como ejes de transmisin,

    tornillos, resortes de torsin y cigeales.

    Las probetas utilizadas en el ensayo son de seccin circular. El esfuerzo

    cortante producido en la seccin transversal de la probeta () y el ngulo de

    torsin () estn dados por las siguientes relaciones:

    Figura 7. Angulo de torsin

    J

    cT ;

    JG

    LT

    Donde T : Momento torsor (N.m)

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    MANUAL LABORATORIO RESISTENCIA DE MATERIALES

    2012 - I

    c : Distancia desde el eje de la probeta hasta el borde de la seccin

    transversal (m) c = D/2

    J : Momento polar de inercia de la seccin transversal (m4) 32

    4DJ

    G : Mdulo de rigidez (N/m2)

    L : Longitud de la probeta (m)

    MATERIALES Y EQUIPOS

    Mquina para ensayo de torsin

    Extensmetro

    Vernier

    Probetas

    PROCEDIMIENTO

    Medir el dimetro de la probeta.

    Fijar la probeta a los mordazas fija y mvil de la mquina de torsin,

    ajustndola con los tornillos de fijacin.

    Montar el extensmetro y calibrarlo en cero.

    Aplicar una carga.

    Leer el ngulo de torsin correspondiente y registrar el valor en la tabla

    12.

    Repetir el procedimiento con distintos valores de carga.

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    2012 - I

    EVALUACIN

    Calcular el momento polar de inercia para cada probeta ensayada y

    registrar el valor en la tabla 13.

    Para cada una de las cargas aplicadas calcular el torque producido, el

    ngulo de torsin en radianes y el mdulo de rigidez, despejndolo de la

    ecuacin del ngulo de torsin. Registrar los valores obtenidos en la

    tabla 13.

    Calcular el mdulo de rigidez promedio para cada uno de los materiales

    ensayados.

    Elaborar una grfica de momento torsor contra ngulo de torsin para

    cada uno de los materiales ensayados.

    Comparar los resultados obtenidos para los diferentes materiales.

    Dibujar las fracturas de las probetas.

    Determinar las caractersticas de la fractura dctil y frgil por torsin.

    TABLA 12. DATOS PARA ENSAYO DE TORSIN

    MATERIAL BRONCE ACERO ALUMINIO

    F (N) () () ()

    5

    10

    15

    20

    25

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    2012 - I

    TABLA 13. RESULTADOS ENSAYO TORSIN

    MATERIAL J

    (m4)

    F

    (N)

    (rad) T

    (Nm)

    G

    (N/m)

    Gprom

    (N/m)

    BRONCE 5

    10

    15

    20

    25

    ACERO 5

    10

    15

    20

    25

    ALUMINIO 5

    10

    15

    20

    25

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    2012 - I

    EXPERIENCIA No. 3 FRICCIN EN CORREAS

    OBJETIVO GENERAL

    Determinar el coeficiente de friccin entre los diferentes materiales que estn

    en contacto cuando se emplea una transmisin de potencia para correas.

    OBJETIVOS ESPECFICOS

    Conocer el funcionamiento y manejo de la mquina de ensayos de

    friccin.

    Identificar la relacin de proporcionalidad que existe entre las tensiones

    y el ngulo de contacto de las correas.

    Determinar la relacin entre cargas y ngulo de contacto.

    Conocer los diferentes tipos de bandas y cmo se clasifican cada una de

    ellas.

    Conocer las ventajas y limitaciones de cata tipo de banda.

    GENERALIDADES

    Friccin. Resistencia que opone un cuerpo al deslizamiento o a moverse en

    una superficie.

    Los elementos de mquina de estructura flexible como las bandas, cables o

    cadenas se utilizan en sistemas de transporte y en la transmisin de potencia

    mecnica a distancias relativamente grandes. Con frecuencia estos elementos

    se utilizan para sustituir engranes, ejes y otros dispositivos mecnicos de

    transmisin relativamente rgidos. En muchos casos su aplicacin simplifica el

    diseo de un mecanismo o mquina y reduce notablemente el costo.

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    MANUAL LABORATORIO RESISTENCIA DE MATERIALES

    2012 - I

    Adems, puesto que estos elementos suelen ser elsticos y de gran longitud,

    desempean un papel importante en la absorcin de cargas de choque y en el

    amortiguamiento de vibraciones, prolongando la vida til del equipo. Puesto

    que estos elementos no tienen vida infinita por lo que resulta muy importante

    establecer un programa de inspeccin para prevenir el desgaste, el

    envejecimiento y la prdida de elasticidad y ser remplazados a la primera seal

    de deterioro.

    Coeficiente de friccin en bandas planas. Considrese una banda plana que

    pasa sobre una polea (figura 8). Se supone que la fuerza de friccin en la

    banda es uniforme a lo largo de todo el ngulo de contacto y que la fuerza

    centrfuga sobre la banda puede ser despreciada.

    Figura 8. Diagramas de cuerpo libre: a) polea y correa b) elementos de banda.

    Analizando el D.C.L. del elemento de banda (Figura 8b) y aplicando los

    conocimientos matemticos se obtiene que la relacin entre la tensin mayor

    T2 y la tensin menor T1 es:

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    MANUAL LABORATORIO RESISTENCIA DE MATERIALES

    2012 - I

    1

    2lnT

    T

    1

    2lnT

    T

    Donde es el ngulo de contacto expresado en radianes y es el coeficiente

    de friccin.

    Coeficiente de friccin en correas trapezoidales. En este caso se tiene que

    la relacin que existe entre los valores T1 y T2 de la tensin en las dos partes

    de la banda cuando est a punto de deslizarse puede obtenerse al igual que en

    el caso anterior, analizando el D.C.L. del elemento (Ver figura 9) y notando que

    la magnitud de la fuerza de friccin total que acta sobre el elemento es 2F y

    que la fuerza normal es 2N Sen (/2). Procediendo matemticamente se

    obtiene:

    )2/(ln

    1

    2

    senT

    T

    )/ln()2/( 12 TTsen

    Donde es el coeficiente de friccin, el ngulo de contacto y el ngulo de

    banda.

    Figura 9. Diagrama de cuerpo libre a) corte transversal b) corte

    longitudinal.

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    MANUAL LABORATORIO RESISTENCIA DE MATERIALES

    2012 - I

    MATERIALES Y EQUIPOS

    Mquina de ensayo de friccin.

    Bandas

    PROCEDIMIENTO

    Colocar la banda en la polea y fijarla con los dinammetros.

    Ajustar la fuerza (precarga) y el ngulo de contacto deseados.

    Girar la manivela de la polea a una velocidad uniforme mientras otros

    compaeros leen T1 y T2 de los dinammetros.

    Repetir el procedimiento utilizando un ngulo de contacto diferente.

    Mantenga el mismo valor de la precarga y use el mismo dimetro de

    polea.

    TABLA 14. DATOS PARA CALCULAR

    PRECARGA

    (Kgf )

    2 Kgf

    ANGULO () 60 90 120 150 180

    MATERIAL T1 T2 T1 T2 T1 T2 T1 T2 T1 T2

    BANDA 1

    BANDA 2

    EVALUACIN

    Calcular el coeficiente de friccin para cada material.

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    MANUAL LABORATORIO RESISTENCIA DE MATERIALES

    2012 - I

    Diga cmo se clasifican las correas de transmisin. Diga las ventajas y

    limitaciones de cada tipo de correa y sus usos.

    Hacer una grfica de e. contra ngulo de contacto.

    Comparar el comportamiento de los materiales empleados.

    TABLA 15. RESULTADOS DE

    MATERIAL ANGULO

    (RAD)

    /3 /2 2 /3 5 /6

    BANDA 1

    e.

    BANDA 2

    e.

    EXPERIENCIA No. 5 IMPACTO EN METALES

    OBJETIVO GENERAL

    Determinar la capacidad de un material para absorber energa antes de

    fracturarse bajo la accin de una carga de impacto.

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    MANUAL LABORATORIO RESISTENCIA DE MATERIALES

    2012 - I

    OBJETIVO ESPECFICOS

    Conocer el funcionamiento y manejo de la Mquina para Ensayos de

    Impacto.

    Determinar cmo influye el %C en la tenacidad de los materiales

    ferrosos.

    Determinar cmo influye la temperatura en la tenacidad de los

    materiales.

    Conocer la influencia de concentradores de esfuerzo.

    Diferenciar la fractura de materiales frgiles y dctiles.

    Conocer las diferentes pruebas de impacto.

    GENERALIDADES

    El ensayo de impacto convencional tiene una velocidad de aplicacin de la

    carga de 5 m/s a 5,5 m/s de acuerdo a lo especificado en la norma NTC 20-2.

    Esta velocidad, aunque resulta alta comparada con la de un ensayo de

    traccin, puede resultar muy inferior a las cargas de impacto a las que puede

    verse sometida una pieza en la realidad, como en un estallido o en el impacto

    de un proyectil. Por tanto, los resultados de este ensayo no constituyen una

    base para predecir el comportamiento de los metales, sino que son de

    naturaleza cualitativa. Es decir, sirven para establecer comparaciones entre

    materiales distintos o entre el estado inicial y final de un material sometido a un

    proceso o tratamiento.

    PRUEBA CHARPY

    Esta prueba consiste en romper de un solo golpe, con un mazo de movimiento

    pendular, una probeta de forma y dimensiones prefijadas apoyada por sus

    extremos y con una entalla en su parte central (Ver Figura 11).

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    MANUAL LABORATORIO RESISTENCIA DE MATERIALES

    2012 - I

    El pndulo est formado por un mazo con arista redondeada, situado en el

    extremo de un brazo articulado en un eje soportado por un castillete.

    Figura 11. Esquema del Pndulo Charpy

    El mazo se mantiene a una determinada altura prefijada, por medio de un

    dispositivo de enganche. La energa de impacto se puede variar cambiando la

    altura del pndulo o su masa.

    La energa que absorbe la probeta es la diferencia entre las energa potencial

    del pndulo antes y despus del impacto. La mquina cuenta una aguja

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    MANUAL LABORATORIO RESISTENCIA DE MATERIALES

    2012 - I

    indicadora que gira alrededor de una escala calibrada, para registrar la energa

    absorbida por la probeta.

    Figura 12. Ensayo Charpy (entalla en U) dimensiones

    Con los smbolos de la figura 12, expresando P en newton y H en metros, se

    tiene:

    Energa disponible (J) : E1 = MgH = PH

    Altura inicial (m) : H1 = R (1 + Sen (1 90))

    Brazo del Pndulo (m) : R = 0.39

    Angulo Inicial () : 1 = 161

    Energa Residual (J) : E2 = mgH = PH

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    MANUAL LABORATORIO RESISTENCIA DE MATERIALES

    2012 - I

    Altura Final (m) : H2= R (1 Cos 2)

    Angulo Final () : 2

    Energa absorbida (J) : E = E1 E2

    = P (H1 H2) = PH3

    MATERIALES Y EQUIPOS

    Probador de impacto

    Probetas Charpy con entalla en U de aleacin de hierro con diferentes

    porcentajes de carbono

    PROCEDIMIENTO

    Subir el brazo de la mquina a la posicin de mxima altura y fijarlo con

    el gancho de seguridad.

    Colocar la probeta en los apoyos de la mquina de tal modo que reciba

    el impacto del pndulo sobre la cara opuesta a la entalladura.

    Bajar lentamente el pndulo y asegurarse de que el plano de simetra de

    la probeta coincida con el plano de oscilacin del pndulo.

    Llevar el pndulo nuevamente a la posicin inicial.

    PARA EVITAR ACCIDENTES ASEGURESE DE QUE NADIE INTERFIERA EN

    LA TRAYECTORIA DEL PNDULO.

    Liberar el pndulo.

    Tomar la lectura del ngulo final y de la energa absorbida.

    Repetir el procedimiento para las otras probetas.

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    MANUAL LABORATORIO RESISTENCIA DE MATERIALES

    2012 - I

    EVALUACIN

    Calcular la energa absorbida (E) por cada probeta.

    Calcular la energa absorbida por unidad de rea para cada una de las

    probetas.

    Determinar cul material absorbe ms energa por unidad de rea y

    cmo afecta el porcentaje de carbono a la tenacidad.

    Analizar la fractura de cada probeta y determine las caractersticas de

    cada una.

    Dibujar la forma de la fractura tpica de un material dctil y de un

    material frgil. Diferenciar entre las caractersticas de cada una.

    Describir brevemente los tipos de ensayos de impacto ms utilizados.

    Describir los tipos de probetas utilizados en los ensayos de impacto.

    Incluir las dimensiones estndares de cada una.

    Enunciar las condiciones que deben tener las mquinas y las probetas

    para poder obtener propiedades que se puedan certificar.

    Describir las limitaciones de los diferentes ensayos de impacto.

    TABLA 20. DATOS PARA CHARPY

    MATERIAL a

    (mm)

    b

    (mm)

    2

    () Ee

    (J)

    1

    2

    3

    4

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    MANUAL LABORATORIO RESISTENCIA DE MATERIALES

    2012 - I

    TABLA 21. RESULTADOS CHARPY

    MATERIAL A

    (mm2)

    H1

    (mm)

    H2

    (mm)

    H3

    (mm) E

    (J)

    Ee/A

    (J/mm) ERROR

    (%)

    1

    2

    3

    4

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    MANUAL LABORATORIO RESISTENCIA DE MATERIALES

    2012 - I

    EXPERIENCIA No. 7 ENSAYO DE FLEXIN EN METALES

    OBJETIVO GENERAL

    Obtener el mdulo de elasticidad de los materiales ensayados.

    OBJETIVOS ESPECFICOS

    Conocer el funcionamiento y manejo de la mquina.

    Utilizar adecuadamente el extensmetro y el vernier.

    Estudiar las caractersticas de la fractura por flexin en los materiales

    dctiles y frgiles.

    Determinar la relacin entre carga y deflexin para los materiales

    ensayados.

    Determinar la relacin entre longitud y deflexin para los materiales

    ensayados.

    Comparar los resultados para los materiales ensayados.

    GENERALIDADES

    El ensayo consiste en tomar una probeta de seccin circular y aplicarle una

    carga en el centro de su eje longitudinal. Se produce una deformacin del eje

    longitudinal llamada curva de flexin de la viga. El desplazamiento vertical

    medido desde la posicin inicial del eje hasta la posicin deformada en

    cualquier punto de la viga se denomina deflexin y se representa con la letra

    y. La deflexin se considera positiva hacia arriba y negativa hacia abajo (Ver

    figura 20).

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    La deflexin se puede medir experimentalmente con el extensmetro o calcular

    matemticamente empleando la teora de flexin elstica. Para las condiciones

    del ensayo (viga simplemente apoyada con carga puntual en el centro del

    claro) es aplicable la siguiente relacin para calcular la deflexin en el centro de

    la viga:

    IE

    LFy

    48

    3

    Donde F : Fuerza aplicada (N)

    L : Distancia entre apoyos (m)

    E : Mdulo de elasticidad (N/m2)

    I : Momento de inercia (m4)

    64

    4DI

    para vigas de seccin circular

    12

    3hbI

    para vigas de seccin rectangular

    D : Dimetro de la seccin circular (m)

    b : Base de la seccin rectangular (m)

    h : Altura de la seccin rectangular (m)

    El esfuerzo normal por flexin mximo producido en la seccin transversal del

    punto medio de la viga est dado por la relacin:

    I

    cM

    Donde M : Momento flector en el centro de la viga (N.m)

    c : distancia de la fibra ms alejada de la seccin transversal

    de la viga al eje neutro (m)

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    Figura 20. deflexin de una viga simplemente apoyada

    MATERIALES Y EQUIPOS

    Mquina para ensayo de flexin

    Extensmetro

    Vernier

    Probetas

    PROCEDIMIENTO

    Parte A: Observacin de la relacin entre carga y deflexin

    Medir las dimensiones de la probeta.

    Colocar la probeta en los apoyos con un claro L de 600 mm.

    Colocar el dispositivo de carga en el centro del claro.

    Montar el extensmetro y calibrarlo.

    Aplicar la carga de desde cero hasta 20 N con incrementos de 5N.

    Leer las deflexiones correspondientes a cada carga y registrarlas en la

    tabla 25.

    Repetir el procedimiento para los otros materiales.

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    MANUAL LABORATORIO RESISTENCIA DE MATERIALES

    2012 - I

    Parte B: Observacin de la relacin entre deflexin y longitud del claro

    de la viga.

    Disminuir la distancia entre apoyos de la viga a 500 mm.

    Aplicar una carga de 10 N, leer y tabular la deflexin resultante para

    todos los materiales en la tabla 25.

    Disminuir la distancia entre apoyos de la viga a 400 mm y repetir la

    experiencia.

    Disminuir la distancia entre apoyos de la viga a 300 mm y repetir la

    experiencia.

    EVALUACIN

    Determinar el momento flector mximo de la viga, el esfuerzo por flexin

    mximo y el mdulo de elasticidad para cada uno de los materiales

    ensayados. Registrar los datos en las tablas 26 y 27.

    Comparar los resultados obtenidos para los materiales ensayados.

    Elaborar una grfica de carga contra deflexin con los resultados

    obtenidos para los materiales ensayados en la parte A del procedimiento.

    Elaborar una grfica de longitud contra deflexin con los resultados

    obtenidos para los materiales ensayados en la parte B del procedimiento.

    Determinar las caractersticas de la fractura por flexin para materiales

    dctiles y frgiles.

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    TABLA 25. DATOS ENSAYOS DE FLEXIN

    MATERIAL BRONCE ALUMINIO ACERO

    F (N) (mm) (mm) (mm)

    5

    10

    15

    20

    L (mm) (mm) (mm) (mm)

    300

    400

    500

    600

    TABLA 26. RESULTADOS ENSAYO FLEXIN PARTE A

    MATERIAL I

    (m4)

    L

    (m)

    F

    (N)

    M

    (N.m)

    (N/m2)

    E

    (N/m2)

    Eprom

    (N/m2)

    BRONCE 0.6 5

    10

    15

    20

    ALUMINIO 0.6 5

    10

    15

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    20

    ACERO 0.6 5

    10

    15

    20

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    TABLA 27. RESULTADOS ENSAYO FLEXIN PARTE B

    MATERIAL I

    (m4)

    F

    (N)

    L

    (m)

    M

    (N.m)

    (N/m2)

    E

    (N/m2)

    Eprom

    (N/m2)

    BRONCE 10 0.6

    0.5

    0.4

    0.3

    ALUMINIO 10 0.6

    0.5

    0.4

    0.3

    ACERO 10 0.6

    0.5

    0.4

    0.3

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    2012 - I

    BIBLIOGRAFA

    DAVIS, Harmer E. y TROXELL, George E. Ensayo de los materiales en

    ingeniera: 7 ed. Mxico: C.E.C.S.A. 1979. 477 p.

    LUCCHESI, Domenico. Ensayos mecnicos de los materiales metlicos: 2 ed.

    Mxico: Labor, S.A. 1973. 167 p. ISBN 84-335-6334-3

    KEYSER, Carl A. Tcnicas de laboratorio para pruebas de materiales: 2ed.

    Mxico: Limusa-Wiley S.A. 1972. 98 p. ISBN

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    NORMA TCNICA COLOMBIANA NTC 20-1. Acero. Ensayo de impacto

    Charpy. (Entalla en V). Instituto Colombiano de Normas Tcnicas y

    Certificacin. ICONTEC. 1996-10-23

  • UNIVERSIDAD SIMN BOLVAR PROGRAMA DE INGENIERA INDUSTRIAL

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    2012 - I

    NORMA TCNICA COLOMBIANA NTC 3. Materiales metlicos. Ensayo de

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    Certificacin. ICONTEC. 1996-10-23.

    NORMA TCNICA COLOMBIANA NTC 2. Siderurgia. Ensayo de traccin

    para materiales metlicos. Mtodo de ensayo A temperatura ambiente.

    (Entalla en V). Instituto Colombiano de Normas Tcnicas y Certificacin.

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