Prácticas de elasticidad y resistencia de materiales. El ensayo de tracción.
Summary
TLDREl guion detalla el ensayo de tracción, una técnica para evaluar las propiedades mecánicas de los materiales. Se utiliza un acero bajo en carbono con una geometría cilíndrica y se somete a una máquina universal para medir la fuerza hasta su rotura. Se describe el proceso de ensayo, desde la preparación de la muestra hasta el análisis de los datos obtenidos, incluyendo comportamientos elásticos y plásticos, y se concluye con los resultados clave como el módulo de elasticidad, el límite elástico, la resistencia a la tracción y el alargamiento en rotura.
Takeaways
- 🔬 El ensayo de tracción es una técnica para determinar las características mecánicas de los materiales.
- 📐 Se utiliza una probeta cilíndrica de acero bajo en carbono para este ensayo.
- 🔧 La máquina universal se emplea para realizar el ensayo, sujetando la probeta con mordazas específicas.
- 📏 La probeta se sujeta por su forma y se tira hasta la rotura, midiendo fuerza y desplazamiento.
- 📊 Se emplea un extensómetro para medir el desplazamiento entre dos puntos a una distancia de 50 milímetros.
- 📈 El ensayo se representa gráficamente, con carga en el eje vertical y desplazamiento en el horizontal.
- 🔽 El ensayo puede controlarse por desplazamiento o carga, y se ajusta a una velocidad constante.
- 🔼 El comportamiento elástico de la probeta se manifiesta como una recta en la gráfica, con una relación proporcional entre carga y desplazamiento.
- 🔻 Al llegar a la carga máxima, la probeta entra en un comportamiento plástico, con alargamientos significativos y aumentos de carga menores.
- 📉 La rotura del material se caracteriza por una disminución en la sección transversal, lo que lleva a una caída en la carga a pesar del alargamiento continuo.
- 📌 Los resultados del ensayo incluyen el módulo de elasticidad, el límite elástico, la resistencia a la tracción y el alargamiento en rotura.
Q & A
¿Qué es el ensayo de tracción y para qué sirve?
-El ensayo de tracción es una práctica que permite determinar las características mecánicas de los materiales, como la resistencia y el alargamiento hasta la rotura.
¿Qué tipo de material se utiliza en la práctica descrita en el guion?
-Se utiliza un acero bajo en carbono con una geometría cilíndrica para realizar el ensayo de tracción.
¿Qué máquina se usa para realizar el ensayo de tracción mencionado en el guion?
-Se utiliza una máquina universal para realizar el ensayo de tracción, donde se inserta la probeta y se somete a una tensión constante hasta su rotura.
¿Cómo se asegura que la probeta se agarre correctamente en la máquina universal?
-Las mordazas de la máquina tienen una forma específica para agarrar la probeta por varios lados, con una superficie interior rugosa para un mayor rozamiento y una exterior lisa.
¿Qué herramientas se utilizan para medir la carga y el desplazamiento durante el ensayo?
-Se utiliza una célula de carga para medir la fuerza aplicada y un extensómetro para medir el desplazamiento entre dos puntos de la probeta.
¿Cómo se establece la velocidad de separación de la probeta durante el ensayo?
-Se indica a la máquina que controle la velocidad de desplazamiento, en este caso, se establece en un milímetro por minuto.
¿Qué representa el comportamiento elástico en el gráfico de carga-alargamiento?
-El comportamiento elástico se representa por una recta en el gráfico, donde la carga aplicada y el desplazamiento son proporcionales, y la probeta recupera su forma original al retirar la carga.
¿Cuál es la diferencia entre el comportamiento elástico y plástico en el ensayo de tracción?
-El comportamiento elástico se caracteriza por la recuperación de forma después de la carga, mientras que el plástico implica alargamientos permanentes con pequeños incrementos de carga o a carga constante.
¿Qué se entiende por 'fluencia del material', 'endurecimiento por deformación' y 'restrucción' en el comportamiento plástico?
-La 'fluencia del material' es el primer tramo de alargamiento a carga constante, el 'endurecimiento por deformación' es el segundo tramo donde se producen alargamientos con un aumento de carga, y la 'restrucción' es el tramo descendente después de la carga máxima donde la sección transversal de la probeta disminuye.
¿Cómo se determina el punto de rotura en el ensayo de tracción?
-El punto de rotura se determina cuando la carga aplicada comienza a disminuir, lo que indica que la sección transversal de la probeta está disminuyendo drásticamente y se está acercando a su ruptura.
¿Qué resultados se obtienen al final del ensayo de tracción y cómo se interpretan?
-Al final del ensayo, se obtienen la tensión de rotura, el módulo de elasticidad, el límite elástico, la resistencia a la tracción y el alargamiento en rotura. Estos resultados se interpretan para entender las propiedades mecánicas del material, como su rigidez, resistencia y capacidad de alargamiento antes de romperse.
Outlines
🔬 Práctica del ensayo de tracción de un acero bajo en carbono
Se describe el proceso del ensayo de tracción, una técnica para determinar las propiedades mecánicas de los materiales. Se utiliza una probeta cilíndrica de acero bajo en carbono, sujetada por mordazas en una máquina universal. El ensayo implica aplicar una tensión constante hasta la rotura de la probeta. Se miden la fuerza y el desplazamiento, utilizando un extensómetro para registrar el desplazamiento entre dos puntos a una distancia inicial de 50 milímetros. El objetivo es obtener una gráfica de carga-desplazamiento para analizar el comportamiento mecánico del material.
📊 Análisis del comportamiento elástico y plástico de la probeta
Se narra el comportamiento inicial de la probeta, que es elástico y lineal, mostrando una relación proporcional entre carga y desplazamiento. Al detener y reiniciar el ensayo, se confirma que el material recupera su forma original, característico del comportamiento elástico. A medida que se alcanza la carga de 3000 kilos, la probeta entra en su comportamiento plástico, evidenciado por grandes desplazamientos a carga constante. Se describen los tres tramos del comportamiento plástico del acero: afluencia, endurecimiento por deformación y restricción, que se observan hasta que se alcanza la carga máxima.
📉 Descenso de la carga y rotura de la probeta
Tras alcanzar la carga máxima, se inicia el descenso de la curva de tracción, indicativo del mecanismo de rotura por restricción. Se observa cómo la sección transversal de la probeta en la zona central disminuye, lo que resulta en una disminución de la carga soportada, a pesar de que el alargamiento continúa. La rotura ocurre a 3000 kilos y un alargamiento de 12 milímetros, y se detalla cómo la sección transversal de la probeta se reduce significativamente en el punto de rotura, lo que implica que la tensión por unidad de área aumenta hasta el punto de fractura.
📝 Resumen de los resultados del ensayo de tracción
Se resumen los resultados clave del ensayo, incluyendo el módulo de elasticidad, el límite elástico, la resistencia a la tracción y el alargamiento en rotura. Se explica cómo estos parámetros se calculan a partir de la gráfica de carga-alargamiento y se relacionan con las propiedades mecánicas del material. Además, se menciona la importancia de la sección transversal en la tensión a la que se somete la probeta en el punto de rotura, así como el análisis de los planos de rotura en función del comportamiento del material, ya sea frágil o dúctil.
Mindmap
Keywords
💡Ensayo de tracción
💡Probeta
💡Máquina universal
💡Mordazas
💡Desplazamiento
💡Extensómetro
💡Comportamiento elástico
💡Comportamiento plástico
💡Carga máxima
💡Ruptura
💡Módulo de elasticidad
💡Límite elástico
💡Resistencia a la tracción
💡Alargamiento en rotura
Highlights
La práctica del ensayo de tracción permite determinar las características mecánicas de los materiales.
Se utiliza un acero bajo en carbono con una geometría cilíndrica para el ensayo.
La máquina universal es empleada para realizar el ensayo de tracción.
La probeta es sujetada con mordazas específicas dependiendo de su forma.
El ensayo consiste en tirar de la probeta hasta su rotura.
Se miden la fuerza aplicada y el desplazamiento entre dos puntos a través de un extensómetro.
La velocidad de desplazamiento o carga por minuto puede ser controlada en la máquina.
El ensayo se representa gráficamente con carga en el eje vertical y desplazamiento en el horizontal.
El comportamiento inicial de la probeta es lineal y elástico.
La carga y el desplazamiento se registran en la gráfica, mostrando un comportamiento proporcional.
El ensayo puede ser controlado por el desplazamiento o la carga.
El acero bajo en carbono muestra un comportamiento elástico y lineal hasta cierta carga.
El cambio al comportamiento plástico se caracteriza por alargamientos grandes con pequeños incrementos de carga.
El ensayo muestra tres tramos distintos en el comportamiento plástico del acero.
La carga máxima se alcanza antes de que la probeta comience a romperse.
La rotura de la probeta se produce con una sección transversal reducida en la zona central.
La gráfica de carga-alargamiento muestra la transición de elástica a plástica y finalmente a la rotura.
La sección transversal de la probeta disminuye drásticamente antes de la rotura.
El módulo de elasticidad se determina a partir de la pendiente de la línea elástica en la gráfica.
El límite elástico y la resistencia a la tracción se identifican en la gráfica.
El alargamiento en la rotura se mide y expresa como un porcentaje de la longitud inicial de la probeta.
El ensayo de tracción proporciona información clave sobre la resistencia y el rendimiento mecánico del material.
Transcripts
hoy vamos a ver la práctica del ensayo
de tracción el ensayo de tracción es una
práctica que nos permite sacar las
características mecánicas de los
materiales la práctica es muy sencilla
porque consiste básicamente en una
probeta del material que queremos
caracterizar y tirar de ella hasta la
rotura en este caso vamos a utilizar un
acero bajo en carbono con una geometría
cilíndrica y la máquina que vamos a
utilizar para hacer el ensayo es una
máquina universal en la que simplemente
se introduce la probeta se agarran con
estas mordazas y se tira hasta la rotura
dependiendo de la geometría de la
probeta si la probeta es cilíndrica
las cuñas que se utilizan para agarrar
la probeta tiene esta forma para que
coja por varios laterales si la probeta
es plana las cuñas que se intercambian
aquí tienen esta forma para que coja el
lateral de la probeta la parte interior
es rugosa para que tenga mucho más
rozamiento que la exterior que es lisa
para que a medida que la probeta va
saliendo cada vez se aprieta más
la colocación de la probeta en la
máquina es razonablemente sencilla
aquí se observa a medida que se va
cerrando la cuña va saliendo y con la
forma que tiene cada vez la va apretando
más de manera que basta con dar un
pequeño apriete para que a medida que
vaya subiendo cada vez la agarre mejor
en el ensayo lo que vamos a medir es la
fuerza que se aplica con esta célula de
carga y el desplazamiento que ocurre
entre dos puntos que lo medimos con este
aparato que es un extenso metro el
aparato cuando se coge por aquí tiene
una distancia entre estos dos puntos que
es conocida son 50 milímetros
y esto se introduce en la parte
calibrada de la probeta y a partir de
aquí se que el desplazamiento que estoy
registrando es el desplazamiento que
corresponde a dos puntos que
originalmente estaban a 50 milímetros
y ahora lo que vamos a indicarle a la
máquina la máquina se le puede indicar
que se pare la probeta con una cierta
velocidad de desplazamiento por minuto o
una cierta velocidad de carga por minuto
nosotros en este caso vamos a indicarle
a la máquina que estas dos partes se
separen con un ritmo constante en
desplazamiento en este caso vamos a
aplicarle un milímetro por cada minuto
pues para realizar el ensayo vamos a
representar el mismo en una gráfica en
el que en el eje vertical vamos a medir
la carga que está aplicada actualmente
en la probeta y en el eje horizontal
vamos a medir el desplazamiento que
registra el extenso metro en la
separación que hay entre 50 milímetros
de probeta el ensayo hay dos maneras de
hacerlo decirle a la máquina que
controle por el eje horizontal o sea que
cada intervalo de tiempo conocido separé
esos dos puntos una cantidad de
milímetros por minuto o hacerlo en el
eje vertical que es decirle que se pare
en lo que haga falta pero que cada
intervalo de tiempo conocido
e introduzca una carga a la probeta
axial en cualquiera de las dos maneras
de controlar el ensayo el resultado es
el mismo
el laboratorio se suele hacer el control
a través del eje horizontal con un
control en desplazamiento nosotros vamos
a introducir ahora mismo una velocidad
de separación entre los dos extremos de
la mordaza de un milímetro por minuto
vamos a iniciar el ensayo
ya estaba iniciando el ensayo aquí se ve
como la probeta va cogiendo carga ahora
mismo cada una de las líneas que sale
son 100 kilos de manera que en el tiempo
que llevamos de ensayo la propietaria y
no ya tiene 600 700 kilos de tracción y
la separación entre los dos puntos que
mide el extenso metro ahora mismo el
fondo de pantalla es 0.1 milímetros de
manera que lo que se está midiendo ahora
y no son centésimas de milímetro de
separación
basta con que pase este
este corto tramo de tiempo para ver que
el comportamiento inicial de la probeta
se asemeja bastante a un comportamiento
lineal cuando se representa la carga
aplicada frente al desplazamiento que
aparece esta nube de puntos tiene forma
razonablemente de una recta de manera
que es un comportamiento proporcional a
doble de carga introducida doble de
desplazamiento en la probeta también es
un comportamiento elástico y eso se
comprueba si ahora mismo paramos el
ensayo y descargamos
ahora mismo estamos descargando lo cual
se puede apreciar en esta ventanita de
aquí la carga está cayendo no se aprecia
bien porque la descarga se produce
exactamente por la misma recta por la
que ha subido
el comportamiento elástico se
caracteriza porque las cargas he vuelto
a activar la carga otra vez está
subiendo las cargas y las descargas se
producen por esta misma recta de manera
que cuando desaparece la carga
desaparece el alargamiento que se
introduce en la probeta la probeta se
comporta como un muelle cuando tiene
carga se alarga y cuando desaparece la
carga recupera ese alargamiento
el comportamiento elástico y lineal que
es el que tiene este acero bajo en
carbono para esta probeta que tiene unos
10 milímetros de diámetro se mantiene
hasta unos 3000 kilos que son los que
obtendremos ahora mismo
para ir siguiendo los números ahora
mismo tenemos unos 2500 kilos y todavía
no hemos alcanzado una décima de
milímetros de separación entre los dos
puntos que mide el extenso metro
en este instante hemos acabado el
comportamiento elástico
a partir de este instante se observa en
la máquina que se producen grandes
desplazamientos de la probeta aunque no
se observa mucho en la probeta porque
los valores que hay en el eje horizontal
siguen siendo pequeñitos pero se
producen grandes alargamientos de la
probeta a carga constante a unos 3.200
kilos
a partir de este instante hasta aquí
llega el comportamiento elástico lineal
de la probeta y a partir de ese instante
entramos en la zona de comportamiento
plástico que se caracteriza por grandes
desplazamientos grandes en comparación
con los que teníamos en el período
elástico con pequeños incrementos de
carga
en este caso particular este acero se
verá un poquito más nítidamente cuando
avance el ensayo pero tiene una zona de
un alargamiento a carga casi constante y
a partir de este instante grandes
alargamientos pero con un pequeño de
incremento de carga
en la zona de comportamiento plásticos y
ahora paramos el ensayo y volvemos a
descargar
la probeta en vez de volver por la curva
que venía
está descargando por una línea que es
paralela a la recta inicial de carga del
tramo de comportamiento elástico lineal
de manera que cuando la probeta llegase
a cero kilos tendría unos tres
milímetros de alargamiento de forma
permanente si volvemos a cargar la
probeta vuelve a subir por esta recta
que es paralela al tramo inicial
la única diferencia entre esta recta y
esta que mientras que esta el fin del
comportamiento elástico lo tenía unos
3.200 kilos en este caso por haber
entrado en la zona de comportamiento
plástico
el fin de este comportamiento elástico
ahora se alcanza cerca de 4000 kilos una
vez que llega a los 4000 kilos
el material vuelve a seguir con la curva
que traía y sigue en la zona de
comportamiento plástico
dentro de las zonas de comportamiento
plástico se diferencian tres tramos en
este tipo de acero tres tramos bien
identificados como decíamos antes un
primer tramo de larga miento a carga
constante que se llama fluencia del
material un segundo tramo en el que se
siguen produciendo grandes alargamiento
pero con un poco de incremento de carga
y a este tramo se le llama
endurecimiento por deformación y un
tercer tramo que observaremos ahora
cuando en el punto que se alcance la
carga máxima a partir de ahí tendrá un
tramo descendente que se llama
restricción
dentro de la zona de comportamiento
plástico se haga donde se haga la
descarga el comportamiento es similar al
que hemos observado aquí el material de
descarga lineal y elástica mente con una
recta que es paralela a la inicial y en
lo único que varía es la altura de esta
recta que es el valor del límite
elástico la carga a partir de la cual se
abandona ese comportamiento elástico
los valores
que tenemos ahora mismo registrados
son unos 4.200 kilos de tracción
y ya hemos superado los 5 milímetros de
alargamiento como la longitud inicial
que mide el extenso metro son 50
milímetros un alargamiento de 5
milímetros ya supone un 10% de
alargamiento de la longitud inicial de
la probeta
el comportamiento se sigue manteniendo
hasta que se alcanza ya un valor de
carga máxima que estamos próximos a
obtener
ya el valor de la carga están unos
cuatro mil doscientos cincuenta kilos y
a partir de aquí ya empieza a descender
los materiales que tienen un mecanismo
de rotura conocido como destrucción
tienen el final del tramo de la curva de
tracción tiene un tramo descendiente la
carga ahora empieza a bajar aunque
seguimos alargando el material eso está
motivado porque el mecanismo de rotura
del material y eso sí se observará en la
probeta
hay un punto en el cual la sección
transversal de la probeta va a empezar a
disminuir drásticamente
se observa que aquí se empieza a
observar que en la zona central de la
probeta el diámetro de la probeta
empieza a reducir respecto al resto eso
lo que indica es que a partir de este
instante a partir del punto de carga
máxima todo el alargamiento que mete la
máquina ya lo mete en esta zona central
de la probeta que es por donde va a
romper la curva desciende porque la
probeta lo que tiene que alargar tienen
menos sección transversal y la máquina
aunque sigue alargando cada vez notan
menos centímetros cuadrados de acero que
tiene que alargar por eso la curva
desciende aunque sigue alargando el
material
el alargamiento ya ha superado los 10
milímetros que sobre una medida original
de 50 ya supone un 20 por ciento de la
longitud inicial
la probeta ha roto paramos el ensayo la
rotura se ha producido a unos 3000 kilos
y a unos 12 milímetros de alargamiento
cuando esta gráfica de carga
alargamiento el eje vertical se divide
por la sección transversal de la probeta
en el eje vertical aparecerían tensiones
longitudinales y cuando el eje
horizontal que es alargamiento se divide
por la longitud inicial de medida
aparecerían deformaciones de manera que
aunque el punto de rotura tiene menos
kilos que el punto de carga máxima la
sección transversal ahora lo veremos en
la probeta la sección transversal de la
probeta es muy inferior a la que
teníamos originalmente ahora veremos un
plano de detalle si medimos la probeta
el diámetro inicial de la probeta eran
unos 10 milímetros en el instante de la
rotura en la sección por la que rompe la
sección puede disminuir casi hasta la
mitad
esto es lo que hace que aunque la carga
baje
la carga por unidad de área transversal
de la probeta sigue siendo creciente
hasta el instante final de la rotura las
probetas si tienen un comportamiento
frágil con pequeños alargamiento antes
de la rotura el plano de rotura suele
ser perpendicular a la dirección de la
carga cuando el comportamiento de las
probetas tiene grandes alargamiento
antes de la rotura lo que se denomina un
comportamiento dúctil el plano de rotura
busca 45° en el caso de probetas planas
en ese plano de 45 es en todo el espesor
en caso de probeta cilíndricas en el
plano de 45 se busca desde todos los
ángulos de manera que se hace una
configuración que se denomina de copa y
cono con ángulos de 45 grados como breve
resumen del ensayo una vez que tenemos
toda la gráfica recordamos la parte
inicial es la parte la parte elástica
que suele tener una parte lineal y una
pequeña parte no lineal al final que
este acero presenta muy poca parte no
lineal del comportamiento elástico el
comportamiento elástico las la carga y
el alargamiento
juntamente a partir de ahí dentro de la
zona de comportamiento plástico se
caracteriza por grandes alargamientos y
este acero tiene tres tramos bien
diferenciados que es la afluencia el
endurecimiento por deformación hasta el
punto de carga máxima y la extracción
del material que es el tramo
descendiente los resultados principales
del ensayo son en la parte elástica
cuando el eje vertical se divide por la
sección de la sección transversal del
material y pasamos de carga a tensión y
el eje horizontal lo dividimos por la
longitud inicial del extenso metro y
pasamos de alargamiento de formación son
varios la pendiente de esta recta es el
módulo de elasticidad y es una medida de
rigidez del material el punto que
caracteriza el fin del comportamiento
elástico en su eje vertical nos marcaría
el límite elástico que es la tensión
máxima a la cual permanecemos en el
comportamiento elástico dentro de la
zona de comportamiento plástico el punto
de carga máxima
se denomina en el eje vertical se
denomina la resistencia a la atracción y
es
una característica de resistencia que
nos mide el los kilos por centímetro
cuadrado máximo que puede aguantar el
material y en el punto en el que se
produce la rotura en el eje horizontal
nos mediría el alargamiento en rotura
que cuando este alargamiento lo
dividimos por la longitud inicial del
extenso metro nos da una medida de larga
miento en porcentajes de la longitud de
la probeta
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