análisis estructural por tracción

7/23/2019 Anlisis estructural por traccin.

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Informe 1. Ensayo de Traccin.

Universidad de la Frontera.Facultad de Ingeniera y Ciencias.Departamento de Mecnica.Taller de !royecto Industrial.

"om#re $ %e#astin &cu'a M(nde)Carrera $ ICI*M!rofesor $ Eduardo +eal


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1 Resumen.

En el presente informe se evaluar una pro#eta de acero estructural y otra de material

metacrilato. Estas evaluaciones sern reali)adas a trav(s de ensayos de traccin aplicando unafuer)a de ,-./N en el caso del acero estructural y 256N en el caso del metacrilato en une0tremo acia fuera de la pro#eta2 en el otro e0tremo se afirma dica pro#eta en un apoyo fi3o.

+a pro#eta 4ue se someter a este ensayo de traccin ser plana y tendr dimensionesgenerales de5 anco -/ mm y largo 1- mm. Con una estreces en el centro de 1/ mm. +oanterior se ilustra en la figura 1.1

Figura 1.1 Es4uema de la pro#eta a anali)ar 6mm7.

El tringulo o#servado en la figura 1.1 de #ase mm tiene por alto 1- mm los cuales seseparan al momento de dar el radio de 1-2 mm para dise'ar el nuevo perfil curvo. Ca#e se'alartam#i(n 4ue la pro#eta es isom(trica en las dos dimensiones por lo 4ue las medidas del ladoi)4uierdo sern las mismas del lado dereco. El grosor de la pie)a ser de 8 mm2 esta 9ltimamedida ser considerada para el clculo del rea 4ue se somete a mayor esfuer)o.

El dimensionado y dise'o de la pie)a se tra#a3ar en el soft:are Catia de#ido a unamenor dificultad 4ue el soft:are &nsys para la creacin de dica pro#eta.

+os esfuer)os reali)ados en la pie)a sern anali)ados en el captulo de resultados a trav(sde la forma convencional y del m(todo de elementos finitos5 este 9ltimo ser reali)ado en&nsys. +os resultados tendrn como o#3etivo medir la capacidad de traccin de la pro#etaconsiderando factores de seguridad adecuados a cada material.

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ndice

1 ;esumen..................................................................................................................................1

- Introduccin.............................................................................................................................8

< =#3etivos.................................................................................................................................. Coeficiente !oisson.........................................................................................................1/

8.? Factor de seguridad.........................................................................................................1/

8.@ Elementos Finitos............................................................................................................1/

[email protected] Condiciones de carga...............................................................................................11

[email protected] Condiciones de #orde..............................................................................................1-

Materiales y m(todos.............................................................................................................1@2-< Mpa y se produce en las es4uinas cuandose reduce la seccin de la pro#eta2 este es un punto importante a anali)ar y se considerar dentrodel captulo de conclusiones.

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Figura ,.,$ Deformacin unitaria en acero estructural.


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Una ve) o#tenidos todos los resultados en la pro#eta de acero estructural se procede aanali)ar la pro#eta de metacrilato para poder esta#lecer las conclusiones respectivas.

Dado 4ue uno de los o#3etivos del informe es determinar si la pro#eta de acero estructuralpermanece dentro del rea de deformacin plstica es importante considerar la curva de esfuer)oL deformacin de los materiales d9ctiles. !or 4u(H De#ido a 4ue la curva de deformacinelstica es una recta. %e puede determinar a trav(s de su mdulo de oung y un punto de la curva6el origen se puede determinar como punto inicial7 %e puede determinar la deformacinadmisi#le del material2 teniendo en consideracin 4ue ya se conoce el esfuer)o admisi#le.

!ara determinar la deformacin admisi#le se considera la ecuacin de la pendiente en unacurva lineal.

m=y

2y

1

x2x1

Ecuacin ,.,

+a 4ue reempla)ando con los valores del mdulo de oung2 el punto de origen y elesfuer)o admisi#le se podr despe3ar la deformacin admisi#le.

210.000M pa=2500(Mpa)

x0 x

1=

250Mpa

210.000Mpa x

1=0,0012

Esta deformacin o#tenida 3unto al anlisis en ansys determinan si la deformacino#tenida #a3o las condiciones de carga y #orde superan o no el lmite de fluencia.

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Figura ,.>$ Esfuer)o unitario e acero estructural.


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.2.2 /etacrilato

&ora se procede a resolver a trav(s de &nsys la pro#eta de material metacrilato con laspropiedades entregadas en la Ta#la .1. &l igual 4ue el acero estructural. Un indicador aconsiderar es la deformacin total sufrida por la pro#eta2 las condiciones de carga y #orde

determinarn en 4u( punto se produce el mayor despla)amiento.

Como se aprecia en la Figura ,.8 el mayor despla)amiento se produce en el e0tremodonde se aplica la condicin de carga2 llegando a una deformacin total de /28< mm. Esto eso#vio de#ido a las condiciones de #orde 4ue se tienen en el e0tremo contrario.

De#ido a 4ue la curva de deformacin L esfuer)o de un material frgil no considera ladeformacin unitaria de#ido a 4ue esta no puede determinar si la pie)a falla o no2 no se reali)aeste anlisis y se procede a anali)ar el esfuer)o unitario reali)ado por la pro#eta2 considerando elrea menor.

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Figura ,.?$ Deformacin total en metacrilato.


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El esfuer)o unitario para las condiciones de #orde y carga es de >2


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considera en un ensayo de traccin profesional. Considerando en estas pro#etas las condicionesde #orde y carga se fi3an en el rea de seccin mayor2 como se puede o#servar en la figura >.1

Dadas estas condiciones de #orde y carga se puede determinar los esfuer)os generados en laseccin menor2 este !ad puede anali)arse en &nsys como se i)o anteriormente en el captulo ,2o#teniendo en #ase a la modificacin del rea y esta la modificacin de la fuer)a aplicada losesfuer)os unitarios.

Como se puede apreciar en la figura >.- el esfuer)o unitario mayor se encuentra en el reamenor la cual efectivamente se pretende anali)ar.

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Figura >.1/$ Condiciones de #orde y carga en una pro#eta convencional.

Figura >.11$ Esfuer)o unitario en pro#eta convencional.


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!ara entonces intentar acer un estudio me3or del ensayo de traccin pero aplicndolo a lamisma pro#eta dise'ada en el informe2 se procede a trav(s de una modificacin en el dise'o de lapro#eta para as poder seleccionar la seccin mayor y colocar las condiciones de #orde y cargaen este. +o anterior se puede o#servar en la figura >..1-$ Condiciones de #orde y carga en pro#eta.

Una ve) eco esto2 se procede a determinar los esfuer)os unitarios a trav(s de KonMisses. +o 4ue se o#serva en la figura >.8 o#teniendo esfuer)os m0imos en la reduccin deseccin y no en la seccin menor como es el caso de la pro#eta circular.

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Figura >.1


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onclusin.

+os cam#ios de secciones son fundamentales al momento de anali)ar estructuralmente un

cuerpo2 en el caso de un ensayo de traccin se de#en considerar para el anlisis de la pro#eta.Es importante o#servar 4ue en el cam#io de seccin suavi)ado se produce el mayor esfuer)ounitario o#tenido en &nsys2 esto se de#e a 4ue all es donde se produce el cam#io de seccina una seccin menor2 esta rea producir mayores esfuer)os al momento de traccionar.

&l esta#lecer un mallado ms fino en &nsys2 las reas donde se produce el esfuer)om0imo disminuyen2 pero tam#i(n se aumenta el esfuer)o5 esto es vlido considerando elprincipio del esfuer)o 4ue depende de la carga aplicadas y rea. Una menor rea aumentar lacarga2 por lo 4ue tam#i(n se puede evidenciar en este punto 4ue el anlisis por &nsys sirvecomo apro0imado pero no es e0acto.

&l ser &nsys una apro0imacin del m(todo para determinar esfuer)os2 los resultados a4uo#tenidos pueden variar con respecto a los reales. Como lo es el factor de seguridad 4ue varade 12, 4ue es el o#tenido con una condicin de carga de ,-/ " a 12


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5 6ibliogra$7a.

Fit)gerald2 ;. Q. 61@@,7.Mecnica de Materiales.&lpaomega.

Oarca2 R. M. 61@?-7. El mtodo de los elementos finitos en la ingeniera de estructuas.arcelona.%ala)ar2 R. E. 6-//>7.Resistencia de materiales bsica para estudiantes de Ingeniera.%acBelford2 R. F. 6-//7. Introduccin a la ciencia de materiales para ingenieros. !earson!rentice Aall.I#a'e)2 R. 6/- de -/1


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18 ndice de ilustraciones.

Figura 1.1 Es4uema de la pro#eta a anali)ar 6mm7.........................................................................1Figura 8.1$ Fuer)as de accin y reaccin en un ensayo de traccin. ...............................................,Figura 8.-$ Deformacin en un cuerpo............................................................................................>Figura 8..1$ Condiciones de #orde y carga en una pro#eta convencional. .....................................-/

Figura >.-$ Esfuer)o unitario en pro#eta convencional.................................................................-/Figura >..8$ Esfuer)os unitarios en pro#eta con cam#ios en las condiciones de carga y #orde. ......-Ta#la .1.........................................................................................................................................18

Ecuacin 8.1....................................................................................................................................>Ecuacin 8.-....................................................................................................................................>Ecuacin 8.

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