Fundamentos de Materiales - Prcticas

COMPORTAMIENTO MECNICO DE UN HILO METLICO

1. Objetivos docentes

Familiarizarse con los conceptos propios del comportamiento mecnico de materiales slidos: elasticidad, mdulo de Young, plasticidad y fluencia, y medir

2. Objetivo del trabajo prctico

Medir la curva caracterstica esfuerzodeformaciones pequeas. Determinar el mdulo de Young.

3. Fundamento terico

Comportamiento mecnico de los materiales

Cuando un material se somete a traccin, se provoca una deformacin longitudinal. La curva tensin-deformacin que se obtiene aplicando distintas tensiones es caracterstica de cada material, aunque pueden reconocerse algunas propiedade

Cuando se provocan deformaciones pequeas, stas se recuperan cuando se elimina la carga (rgimen elstico) y la relacin entre tensiones y deformaciones es lineal (tramo OA).

Si se aumenta la tensin, seguimos en el rgimen elstico pero la relacin no es lineal (tramo A-B).

O

Prcticas de Laboratorio

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Prctica 5

COMPORTAMIENTO MECNICO DE UN HILO METLICO

SOMETIDO A TRACCIN

Familiarizarse con los conceptos propios del comportamiento mecnico de materiales slidos: elasticidad, mdulo de Young, plasticidad y fluencia, y medir los lmites entre ellos.

2. Objetivo del trabajo prctico Medir la curva caracterstica esfuerzo-deformacin para distintos materiales, en la regin de deformaciones pequeas. Determinar el mdulo de Young.

de los materiales

Cuando un material se somete a traccin, se provoca una deformacin longitudinal. La curva deformacin que se obtiene aplicando distintas tensiones es caracterstica de cada

material, aunque pueden reconocerse algunas propiedades generales:

Cuando se provocan deformaciones pequeas, stas se recuperan cuando se elimina la y la relacin entre tensiones y deformaciones es lineal (tramo O

Si se aumenta la tensin, seguimos en el rgimen elstico pero la relacin no es lineal

O

B

A

C D

E F

Curva con el esfuerzo real

Curva medida

Prctica 5

COMPORTAMIENTO MECNICO DE UN HILO METLICO

Familiarizarse con los conceptos propios del comportamiento mecnico de materiales slidos: los lmites entre ellos.

deformacin para distintos materiales, en la regin de

Cuando un material se somete a traccin, se provoca una deformacin longitudinal. La curva deformacin que se obtiene aplicando distintas tensiones es caracterstica de cada

Cuando se provocan deformaciones pequeas, stas se recuperan cuando se elimina la y la relacin entre tensiones y deformaciones es lineal (tramo O-

Si se aumenta la tensin, seguimos en el rgimen elstico pero la relacin no es lineal

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Tensiones an mayores provocan deformaciones permanentes en el material, rgimen plstico (tramo B-C).

Superado en lmite de fluencia (punto C), el material sometido a traccin aumenta la deformacin aunque no se aplique ms tensin.

Si se aumenta la traccin, previo a la rotura del material, se produce un endurecimiento (tramo D-E). A continuacin se produce el estrangulamiento y la rotura del material (tramo E-F).

El tramo de fluencia aparece en algunos materiales, llamados dctiles, mientras que otros materiales (metales) no presentan fluencia (materiales frgiles). En stos, la curva tensin-deformacin es creciente en los tramos de elasticidad no lineal, plasticidad y endurecimiento, por lo que no es fcil identificar cada rgimen. Tpicamente se toma el lmite elstico como aqul en el que se provoca una deformacin residual del 0.2%.

El mdulo de Young

El tramo elstico lineal se observa en todos los materiales (dctiles o frgiles) para esfuerzos y deformaciones pequeos. En este tramo se verifican:

= ; =

Siendo x el esfuerzo aplicado (supuesto en la direccin x), x y y las deformaciones longitudinales unitarias en las direcciones x e y. E y son las constantes elsticas del material (mdulo de Young y coeficiente de Poisson respectivamente). La pendiente del tramo OA en la curva tensin-deformacin determina, por tanto, el mdulo de Young del material sobre el que se est realizando el ensayo de traccin.

Recurdese que la tensin se define como fuerza de traccin (F) por unidad de superficie (S):

=

y la deformacin longitudinal unitaria es la variacin de longitud en una direccin (L) por unidad de longitud (L):

=

4. Material e instrumental necesarios

Carretes de hilo de distintos materiales metlicos Estructura de sujecin para fijar el hilo, el reloj comparador y la polea Calibre Portapesas y juego de pesas

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5. Protocolo para realizar la prctica

Selecciona un hilo del material de la prctica. Mide su dimetro con el calibre electrnico y trata de identificar el material del que est hecho.

Atornilla el hilo por el extremo que no tiene la lazada en la marca de 500 mm. A continuacin, gira la polea para comprimir el reloj comparador y sujtala. Sin soltar la polea, enrolla el hilo en la polea al menos una vuelta, de forma que el extremo con la lazada quede colgando de la polea. Cuelga el portapesas de la lazada para que el hilo se tensione. Ya puedes soltar la polea.

Gira la corona exterior del reloj comparador para colocar el cero de la escala en la posicin actual de la aguja. (Ten paciencia con el reloj comparador).

1. Medida de la curva tensin-deformacin en carga

Carga el portapesas con una pesa y mide la deformacin en el hilo, teniendo en cuenta que el micrmetro cuenta hacia atrs debido a la forma en que est montado. Si el reloj comparador no se mueve, aplica pequeos golpes sobre la mesa, para aadir ruido mecnico al sistema. Cuando la aguja se estabilice, deja de golpear la mesa y anota esa medida.

Anota el error de esta medida (la sensibilidad del reloj comparador).

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Carga en el portapesas una a una todas las pesas del juego, anotando en cada caso la deformacin producida (el reloj comparador dispone de un contador de vueltas).

2. Medida de la curva tensin-deformacin en descarga

Comienza ahora a descargar el portapesas, retirando las pesas una a una, y anotando la deformacin en cada caso. Ten mucho cuidado de que al retirar las pesas, no se vea afectado notablemente el reloj comparador.

Anota tambin el valor de la deformacin cuando quede nicamente el portapesas.

3. Repetir el proceso para varios materiales

Quita el hilo de la estructura con especial cuidado al liberar la polea que comprime el reloj comparador.

Selecciona otro hilo, mide su dimetro y colcalo en la estructura.

Vuelve a medir la curva tensin-deformacin en carga y en descarga.

Repite el proceso para al menos tres hilos de materiales diferentes.

Recuerda en cada caso medir el espesor del hilo.

6. Ejercicios y Cuestiones

i. Tabula y representa grficamente las curvas tensin-deformacin en carga y descarga para los distintos hilos utilizados.

ii. Utiliza la teora de medidas para determinar los errores tanto de la tensin como de la deformacin.

iii. Determina el mdulo de Young a partir de la pendiente inicial de la curva, aplicando la tcnica de Mnimos Cuadrados.

iv. Compara los valores obtenidos con los mdulos de Young de la bibliografa y trata de identificar el material del que estn hechos los hilos.

v. En funcin de la forma de las curvas obtenidas, comenta si en alguno de los hilos se ha llegado al rgimen elstico no lineal, o a la regin de plasticidad.