Laboratorio de Resistencia de Materiales. Medición de Deformaciones

Universidad Técnica Federico Santa María

Departamento de Mecánica

Laboratorio de Resistencia de Materiales

Alumnos:                                                Laboratorio Nº 4             Calificación

Profesor:                             Medición de Deformaciones[pic 1]

Fecha:[pic 2]

1.- Objetivos del Ensayo

• Aplicar la técnica de medición de deformaciones mediante el uso de transductores resistivos (strain gages).
• Determinación de las constantes elásticas de un material por aplicación de medición de deformaciones mediante strain gages.
• Conocer las ventajas y limitaciones del uso de transductores eléctricos.

2.- Descripción del Ensayo

2.1.- Definición

      La medición de deformaciones se puede efectuar mediante el uso de extensómetros mecánicos o por la utilización de transductores eléctricos, como los resistivos, que son cintas elastométricas, más conocidas como strain gages.

        Los strain gages se pueden usar para determinar fuerzas, esfuerzos, desplazamientos, velocidades, presiones y otros. En esta oportunidad serán empleados para determinación del Módulo de Elasticidad; midiendo simultáneamente la fuerza (máquina de ensayos) y la deformación unitaria (strain gages) en probetas de tracción y de compresión.

2.2.- Condiciones de Ensayo

• Forma y dimensiones de las probetas: cilíndricas de diferentes diámetros y largos.          
• Temperatura de ensayo:        20ºC ± 2ºC
• Velocidad de carga:         V < 5% lo / min

2.3.- Equipo Usado

• Máquina de Ensayos Universal INSTRON TTDM10

• Rangos de cargas:                 10 000/ 5 000/ 2 000 daN
• Rango de velocidad: 0,5 mm/min a 500mm/min
• Resoluciones de medida:                 100/ 50/ 20 kgf

• Máquina Universal LOSENHAUSENWERK UHP 40

• Rangos de cargas: 40 000/ 20 000/ 8 000/ 4 000 kgf
• Resoluciones de medida: 100/ 50/ 20/ 10 kgf

• Puente registrador e indicador de micro deformaciones Vishay, modelo P3, 4 canales

• Rango de medición: 0 - 10000µε
• Resolución de medida: 2 µε

• Extensómetro INSTRON, Cat. G-51-14M

• Largo de ensayo: 50 mm

• Extensómetro Epsilon Technology Corp., modelo 3542-025M-100-ST

• Largo de ensayo: 25 mm

• Probetas cilíndricas con strain gages pegados en dirección axial y transversal.

2.4.- Esquemas de Ejecución

2.4.1.- Esquema con strain gage

[pic 3]

        F

S

        R1

        R2        R1        R2

        R3        R4

S

        F

                      Probeta en tracción                                       E        E

                                                                                                   Puente amplificador

Donde:                R1: SG activo en dirección axial.

                        R2: SG activo en dirección transversal.

                        R3 y R4: resistencias pasivas.

                        E: excitación.

                        S: señal.

        Se emplea la conexión en medio puente activo

Como:         [pic 4],                        [pic 5]

                                [pic 6]        ,        [pic 7]

                                [pic 8]

                [pic 9]

Donde:                ε1 = deformación unitaria axial

                                ε2 = deformación unitaria transversal

                                FG: factor del gage

                                ΔR: cambio de resistencia eléctrica debido a la deformación

                                R:    resistencia del SG (120 Ω)

                                Ν:   módulo de Poison

2.4.2.- Esquema con extensómetro

[pic 10][pic 11]

        F

l0

        F

3.- Procedimiento de Ensayo

3.1.- Preparación

De la probeta (efectuar mediciones con error <1%).

• Determinar el área transversal (resolución del diámetro < 0,05 mm en probeta).

De la máquina

• Energizar la CPU y seleccionar INSTRON y abrir archivo Docencia.
• En la opción Parámetros, ajustar los parámetros Rango de carga, Velocidad de carga, Rango de deformación; consignar los valores Diámetro de la probeta, Largo de la probeta, Material.
• Seleccionar opción Gráfico

Del registrador de deformaciones

• Encender el equipo (Power). Se despliega el menú
• Seleccionar Power Bridge
• Seleccionar el canal
• Seleccionar opción medio puente (Half Bridge)
• Conectar los SG en la configuración de medio puente, según instrucción.
• Registrar el Factor del Gage en el equipo

3.2.- Ejecución del Ensayo

3.2.1 Ensayo con SG y sin extensómetro

• Montar en las mordazas la probeta con los SG instalados  
• Tomar nota del valor de carga máxima elástica.
• Aplicar manualmente la pre-carga (1% de carga elástica).
• Aplicar carga automática.
• Consignar los pares ordenados: valores de carga (en el monitor) y deformación (en el registrador de deformaciones).
• Detener el ensayo cuando se ha alcanzado el valor de carga máxima elástica.

• Descargar la probeta.
• Analizar diferencias de deformaciones, y desestimar los pares ordenados extremos, donde a iguales incrementos de carga no se produzcan iguales incrementos de deformación (deben ser más de ocho pares ordenados válidos).
• Hacer regresión lineal con los pares ordenados: deformación (variable independiente); carga (variable dependiente), y obtener los tres valores estadísticos de interés:

a: interfecto con el eje de las ordenadas

b: pendiente de la recta carga v/s deformación

R: coeficiente de correlación lineal (debe ser lo más cercano a 1)

• Multiplicar la pendiente b por la constante de medición, se obtiene el Módulo de elásticidad.  

3.2.2 Ensayo con extensómetro

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