INSTTITUTO POLITENICO NACIONALESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

UNIDAD AZCAPOTZALCOINGENIERIA MECANICA

CIENCIA DE LOS MATERIALES II

GRUPO: 4MM3EQUIPO: 2

ALUMNOS:LUCIO ROJAS ANGEL GIOVANNIMARCIAL CARLON SERGIO CIRILO MIL MARTINEZ RUBENMONTERRUBIO MARTINEZ SAUL OSVALDOREYES CRUZ CARLOSZUMAYA LARA WENCESLAO

PRACTICA NO. 5:IMPACTO

PROFESORES:M. en C. JOSE RUBEN AGUILAR SANCHEZING. OCTAVIO ARZAVE BARRERA

OBJETIVO:Utilizar la energía de golpeo para causar la ruptura de la probeta de aluminio de barra ranurada y determinar la energía necesaria para producir la ruptura (resiliencia).

JUSTIFICACIÓN:

- Que el entendimiento de las propiedades mecánicas de los materiales den un amplio conocimiento para poder realizar bienes que estén de mejor calidad.

- Para una mejor realización de bienes se realizan ensayos destructivos para poder tener productos de mejor calidad que de un mejor bienestar.

- Aunque muchas estructuras que dan en algún momento sometidas a cargas dinámicas, muchas maquinas y partes de ellas están sometidas comúnmente a tales cargas. Para estimar el comportamiento en condiciones de seguridad de estructuras y maquinas, o sus partes, bajo cargas dinámicas se involucra no solamente el análisis para determinar la reacción general de las estructuras o maquinas si no también la consideración de las propiedades de los materiales componentes bajo tal carga.

EQUIPO UTILIZADO:

Foto (1) Foto (2)

1. Caratula con goniómetro2. Manivela para el ajuste de martillo3. Mesa de trabajo en donde se coloca la probeta para el ensayo.4. Palanca de freno 5. Martillo de impacto6. Engrane de manivela para posicionar el martillo

METODOLOGIA:

- Formar equipos de seis integrantes--- no mediocres

- Asignar horario de laboratorio

- Asignar material

- Localizar material y datos técnicos

- Localizar normas

- Maquinar la probeta

- Acudir a laboratorio

- Procedimiento de ensayo

Procedimiento para la realización de la prueba de impacto.

1.- Se dieron las indicaciones de las dimensiones y características de la probeta 2.- Se tomaron las dimensiones y el peso del péndulo con el que se hace el ensayo 3.- Se consiguió el material para la probeta, en este caso no se consiguió del acero asignado así que el material fue aluminio (una barra de perfil cuadrado de 3/8) 4.- Al saber que el material no fue el mismo en los ensayos anteriores, se consiguió la norma del aluminio para así saber los datos de norma de este material5.- Se corto la barra a la longitud indicada, la cual fue de 80mm 6.- Con una lima metálica triangular se le hizo una pequeña hendidura en el centro de la probeta con una profundidad de 2mm (como se muestra en la siguiente imagen) esto para hacer que la mayor parte de la energía sea absorbida ahí y así lograr la falla por impacto en ese lugar

7.- Se hicieron 2 probetas con el fin de realizar nuevamente el ensayo para confirmar valores 8.- Después de eso se asistió al laboratorio de ciencia de los materiales en el día y la hora indicados para realizar el ensayo9.- Se empezó a hacer el ensayo el cual consistió en los siguientes pasos:

9.1.- Se tomó la altura del péndulo en su punto más alto 9.2.- Se organizo el equipo para asignar a la persona que midió la altura a la que llego el péndulo, la persona que libera el péndulo y lo frena y la persona encargada de tomar fotos

Hendidura hecha con la lima para acero

9.3.- Se coloco la probeta en la parte inferior de la máquina para impacto para realizar el ensayo tipo Charpy (porque la probeta fue acomodada horizontalmente)9.4.- La persona encargada libero el péndulo 9.5.- El péndulo bajo y golpeo a la probeta9.6.- La probeta fallo y el péndulo continúo con su recorrido9.7.-Somo la medida de la altura máxima que alcanzo el péndulo después de golpear la probeta 9.8.- La persona encargada de liberar el péndulo se encargo de frenarlo teniendo la precaución adecuada de no acercar la cara ya que se puede ocasionar un accidente de no hacerlo correctamente

10.- Los demás equipos realizaron su ensayo 11.- Se observo la probeta viendo el tipo de falla que sufrió el material comparándola con las demás probetas de distintos materiales 12.- Se sacaron conclusiones del por qué la probeta fallo de esa manera en comparación de las demás 13.- Se calculo la resiliencia absorbida por medio de diferencia de alturas del péndulo14.- Se calculo la resiliencia absorbida por medio de ángulos 15.- Se obtuvo la resiliencia absorbida de norma del material 16.- Se calculo el porcentaje entre cada uno de los datos obtenidos (Alturas-Norma, Alturas-Ángulos, Ángulos-Norma) 17.- Se analizaron los datos18.- Se elaboraron conclusiones - Hacer conclusiones técnicas.

Datos obtenidos:

R = distancia del centro de gravedad del péndulo al eje de rotación OO = eje de rotaciónh1= altura de caída del centro de gravedad del péndulo h2= altura de elevación del centro de gravedad del péndulo

P = peso del péndulo V = volumen de la probeta

Valores:

P = 25.5 kgR = 75 cmh1= 182.5 cm h2= 155.5 cmV¿7.2580cm3

RESILIENCIAEs la capacidad de absorber energía elástica.Es una de las características más importantes de un muelle y nos sirve para medir cuanto más flexible es un sólido.

Probeta después del ensayo de impacto:

Foto (3)

Se puede observar que la probeta se fracturo después del impacto, a su vez se

concluye que el aluminio al tener una resiliencia tan pequeña de 12.871J

cm3

absorbe poca energía y por lo consiguiente no es tan flexible provocando una fractura evidente como se muestra.

Foto (4)

Probeta después de la prueba de impacto de un perfil superior. Se puede observar una fractura en este material causado por la baja resiliencia de este material mencionada en la foto anterior. Foto (3)

Cálculos, Graficas y Resultados:Calculo del volumen de la probeta de aluminio

Figura 1.1Conversión

( 38pulg)(2.54 cm

1 pulg )=0.9525 cm

v=l2bDe donde:

v=volumen encm3

l=dimensionde unode las caras del cudradob=longitud de la probeta

v=(9525cm )2 (8cm )=7.2580cm3

Figura 1.2

De las figuras 1.2 R = distancia del centro de gravedad del péndulo al eje de rotación OO = eje de rotaciónh1= altura de caída del centro de gravedad del péndulo h2= altura de elevación del centro de gravedad del pénduloC = es la distancia del eje de referencia al eje de rotación O

Calculo de la resiliencia para la probeta de aluminio por diferencia de alturas Datos: R = 75 cmh1= 182.5 cm h2= 155.5 cmP = peso del péndulo = 25.5 kgV = volumen de la probeta=7.2580cm3

Formulas:E1=Ph1

E2=Ph2

De donde E1=energia inicial

E2=energiadespues de la roctura

E1= (25.5kg ) (182.5cm )=4653.75kg−cmE2= (25.5kg ) (155.5cm )=3965.25kg−cm

*Energía absorbida por la probeta idealmente

ΔE=E1−E2=[(4653.75)−(3965.25)]kg−cm=688.5kg−cm

Resiliencia=E1−E2

v=

[(4653.75)−(3965.25)]kg−cm7.2580cm3 =94.861

kg−cmcm3

94.861kg−cmcm3

.( 1 J10.192kg−cm )=9.307

J

cm3

Calculo de la resiliencia de la probeta de aluminio por diferencia de ángulos. DatosR = 75 cmh1= 182.5 cm h2= 155.5 cmP = peso del péndulo = 25.5 kgV = volumen de la probeta=7.2580cm3

Fig. 1.De la figura 1.3:

α=angulode caidaβ=angulode elevacion

α ´=angulo decaida−90gradosβ ´=angulo deelevacion−90grados

Para calcular α primero calculamosα ´ y para calcular β primerocalculamos β ´

Para calcular α ´ y β ´ usamos la geometría y trigonometría de al figura 1.2 de donde podemos construir los siguientes triángulos.

fig. 1.4

fig. 1.5De las figuras 1.4 y 1.5R = distancia del centro de gravedad del péndulo al eje de rotación OO = eje de rotaciónh1= altura de caída del centro de gravedad del péndulo h2= altura de elevación del centro de gravedad del pénduloC = es la distancia del eje de referencia al eje de rotación Oα ´=angulo decaida−90gradosβ ´=angulo deelevacion−90grados

a = h1−c=182.5cm−124 cm=58.5cm b=h2−c=155.5cm−124 cm=31.5cm Por trigonometría

α ´=sen−1 aR

=sen−1 58.575

=51.26°

y

β ´=sen−1 bR

=sen−1 31.575

=24.83°

Por lo tantoα=α´+90=51.26°+90=141.26°

β=β ´+90=24.83°+90=114.83°

Calculo de la energía inicial

Formula E1= (P ) (R ) (1−cosα )

E1= (25.5kg ) (75cm ) (1−cos141.26 )=3404.25kg−cm

Calculo de la energía después de la rupturaFormula E2= (P ) (R ) (1−cosβ )

E2= (25.5kg ) (75cm ) (1−cos114.83 )=2715.75kg−c m

*Energía absorbida por la probeta idealmenteΔE=E1−E2=38

Resiliencia=E1−E2

v=3404.25kg−cm−2715.75kg−cm

7.2580 cm3 =94.861kg−cmcm3

94.861kg−cmcm3

.( 1 J10.192kg−cm )=9.307

J

cm3

ResultadosLa resiliencia por diferencia de alturas y por diferencia de ángulos es igual.Las energías iníciales y después de la ruptura calculada tanto por diferencia de alturas y de ángulos son diferentes.El error entre ellas es:

error entre las energiasiniciales=E1−EαE1

×100 %=4653.75−3404.254653.75

×100%

error entre las energiasiniciales=26.849 %

error entre las energiasdespues de la ruptura=E2−EβE2

×100%=3965.25−2715.753965.25

×100 %

error entre las energiasiniciales=31.5112%Energías calculadas por diferencia de alturas:

E1= (4653.75kg−cm ) .( 1J10.192kg−cm )=456.60 J

E2= (3965.25kg−cm ) .( 1J10.192kg−cm )=389.05J

Energías calculadas por diferencia de ángulos:

E1= (3404.25kg−cm ) .( 1J10.192kg−cm )=334.01J

E2= (2715.75kg−cm ) .( 1J10.192kg−cm )=266.45 J

Conclusiones técnicas:

- Se determino los parámetros de energía absorbida de una probeta de aluminio en un ensayo de impacto de tipo Charpy.

- Para realizar este ensayo de impacto se utilizo la máquina de capacidad de 30 kg-m, con péndulo de 25 kg-f.- Los valores obtenidos de energía absorbida en un ensayo de tipo Charpy para

una probeta de de aluminio de las siguientes dimensiones de (0.9525 mm * 0.9525 * 80 mm ) son los siguientes:

Energías calculadas por diferencia de alturas:

E1= (4653.75kg−cm ) .( 1J10.192kg−cm )=456.60 J

E2= (3965.25kg−cm ) .( 1J10.192kg−cm )=389.05J

Energías calculadas por diferencia de ángulos:

E1= (3404.25kg−cm ) .( 1J10.192kg−cm )=334.01J

E2= (2715.75 kg−cm ) .( 1J10.192 kg−cm )=266.45 J

- Un ensayo de impacto es un ensayo dinámico en el cual se golpea y se rompe, mediante un solo golpe, una probeta seleccionada ranurada. Se efectúa en una maquina especialmente diseñada y se mide la energía absorbida al romperse la probeta.

- El ensayo de impacto ideal será uno en el cual toda la energía de un golpe se transmitiera a la probeta. En realidad, este ideal nunca se alcanza; siempre se pierde energía por fricción, por deformación de los apoyos y de la masa de golpeo, y por vibración de varias partes de la máquina de ensaye.

Normas:

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Metalinspec Laboratorios, S.A. de C.V.Acceso C No. 105Parque industrial Jurica MLP-001-OCFQuerétaro, Qro. 07-abr-11

CotizaciónCompañía: Wenceslao Zumaya Lara Dirección: Atención:

Departamento: Teléfono y fax: Estimado cliente: En atención a su amable solicitud, nos permitimos poner a su consideración nuestra siguiente cotización.

Partida Cantidad DescripciónPrecio

Unitario Importe

1 2 PRUEBA DE IMPACTO (CHARPY)A PROBETA DE ALUMINIO

$ 350.00

$ 700.00

SUBTOTAL $

700.00

Precios mas el 16% de I.V.A. Condiciones de Pago: contado Tiempo de Entrega: Según Acuerdo Vigencia de Cotización 30 días. PRECIOS EN MONEDA NACIONAL PREGUNTE POR NUESTRAS PRUEBAS ACREDITADAS ANTE A2LA. OSCAR CARDIEL Atentamente.

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Bibliografía:Ensaye e inspección de los materiales de ingenieríaHarmer E. Davis, EDITORIAL CONTINENTAL.PAG 273-300