A los profesores de la Facultad de Ingeniería Mecánica, quienes con paciencia y dedicación nos impartieron su experiencia y conocimientos. Se decidió realizar este proyecto para poder crear un banco que solucionara este problema y diera una ventaja en el desarrollo de los futuros ingenieros mecánicos de la Universidad Pontificia Bolivariana.
OBJETIVOS
Objetivo General
Objetivos Específicos
Realizar pruebas para validar la precisión entre los datos obtenidos experimentalmente y los datos teóricos calculados mediante ecuaciones de tensión y deformación que se informan en la literatura. Indicador: Se relacionará el porcentaje de error encontrado entre los datos teóricos y los datos experimentales.
MARCO TEÓRICO
Torsión
Para hablar de las tensiones en el rango elástico, consideraremos el caso en el que el par T es tal que las tensiones cortantes estarán por debajo del límite elástico τy. En una varilla en torsión pura, el ángulo de torsión ϕ es igual a la relación de torsión multiplicada por la longitud de la varilla (es decir, ϕ = θ L).
Materiales
- Aluminio
- Acero
Los principales componentes del acero se encuentran en abundancia en la naturaleza y el acero puede reciclarse completamente sin perder sus propiedades, lo que facilita la producción a gran escala.18. Por sus propiedades, el acero es sin duda el material más importante del mundo en ingeniería y construcción.
Puente de Wheatstone
Dado que A y B son puntos comunes para ambas ramas y cuando están conectados en paralelo, su potencial es igual, entonces el potencial entre R1 y R3, y entre R2 y R4 debe ser el mismo. Dado que R1 y R3 son resistencias variables, R2 también es variable y está en equilibrio (corriente cero a través del galvanómetro). Por tanto, los puntos C y D tendrán el mismo potencial, por lo que la diferencia de potencial de R1 será igual a la de R2. Por tanto, el diferencial de potencia de R3 debe ser igual al de R4.
Comparadores de caratulas
Seleccione el comparador más adecuado para satisfacer las necesidades de medición (lectura, tamaño y tipo de curso). Colocar el comparador en posición perpendicular a la base de referencia para evitar errores al momento de la medición.
Galgas extensiometricas
Un extensómetro es un tipo de sensor que transmite tensión o tensión a una estructura y la convierte en una variación de la resistencia eléctrica. Transductor: Los transductores son dispositivos que se encuentran en una serie de medición en la que convierten una cantidad física en una señal eléctrica. El cambio en la resistencia obtenido de los medidores es un valor de deformación, pero no es conveniente recopilar datos de resistencia en sistemas electrónicos.
Por lo tanto, se necesita la ayuda de un transductor para leer la variación de resistencia asociada al cambio de voltaje y así realizar una medición.
Bancos de pruebas de torsión comerciales
- WP 500 ensayo de torsión, 30 N
- WP 510 Ensayo de torsión 200Nm, accionamiento a motor
6] Dispositivo de medición móvil con eje de torquímetro y unidad de compensación. El equipo de ensayo WP 510 permite realizar ensayos de torsión sobre probetas que son sometidas a una carga hasta su rotura. El par efectivo (par de prueba) se mide mediante un eje giratorio equipado con galgas extensométricas (DMS) y se puede leer directamente en la pantalla.
El ángulo de giro se registra mediante un codificador incremental y también se puede leer directamente.
METODOLOGÍA DE DISEÑO
Identificación de la necesidad
El equipo debe permitir, en la medida de lo posible, que la probeta utilizada esté sometida únicamente a un momento de torsión, es decir, deben evitarse en la medida de lo posible cargas axiales, momentos de flexión y fuerzas de corte. El equipo debe permitir la cuantificación de la deformación cortante,, necesaria para determinar el esfuerzo cortante en la muestra; Además, también debería facilitar la obtención del ángulo de rotación, , en puntos ubicados a diferentes longitudes de la muestra. El equipo deberá permitir el intercambio de la probeta, de manera que durante las prácticas se puedan desarrollar ensayos con diferentes configuraciones transversales con los alumnos que se matriculen en el curso.
El acabado final del dispositivo debe ser de buena calidad, para poder garantizar su durabilidad en el tiempo.
Diseño conceptual
- Existencia solo de momento torsor
- Magnitudes de carga que no sobrepasen los 49 N
- Cuantificación de la deformación unitaria al cortante y el ángulo de
- Materiales comercialmente disponibles
- Cambio de la probeta
- Acabado final del equipo debe ser de buena calidad
Debido a la impracticabilidad de la primera propuesta, se propone otra opción, la cual se puede ver en la Figura 25. Al igual que en la primera propuesta, se realiza un DCL a la probeta para determinar las cargas sobre la misma, la cual se muestra en la Figura 26. el ángulo de rotación es directamente proporcional a la longitud ( 𝐿) de la muestra a ensayar, por lo que el equipo debe diseñarse de tal forma que se maximice esta variable; Además, es inversamente proporcional al módulo de rigidez (𝐺) de la muestra a ensayar, propiedad característica del material, por lo que debe estar fabricado con un material de menor tamaño.
Cuantificación de la deformación unitaria de corte y el ángulo de rotación en puntos ubicados a diferentes longitudes de probeta.
DISEÑO PRELIMINAR
Sistema de aplicación de carga: consta de un anillo que se ajusta a la probeta y una barra que permite la aplicación de una carga a una distancia determinada, para generar torque sobre la probeta. Es importante aclarar que aunque la barra de aplicación de carga se deforme, esto realmente no afecta los análisis que se pretenden realizar con el equipo de laboratorio, ya que su función es provocar el momento de torsión en la probeta y esto está sucediendo. logrado de manera efectiva. Los análisis estructurales también se realizan a través del software de elementos finitos ANSYS, ya que permite cuantificar las tensiones y deformaciones que se producen debido a las cargas aplicadas a la muestra de forma sencilla.
Los resultados obtenidos de una simulación realizada con una fuerza de 9,8 N en cada extremo de la varilla de aplicación de carga se dan en la Figura 29.
DISEÑO DETALLADO
- Probeta
- Sistema de Aplicación de la carga
- Placa de ensamble de la probeta a la estructura
- Sistema para la medición del desplazamiento vertical originado por el
- Estructura
- Sistema de medición de esfuerzos cortantes
Las dimensiones de la placa de aluminio son 200 X 100 X 10 mm; Los orificios tienen un diámetro de 10 mm y se encuentran en la posición que se muestra en la Figura 34. Con la fuerza que soporta cada tornillo y sabiendo que están sometidos a un esfuerzo cortante provocado por una carga transversal, se determina la magnitud de este parámetro a través de la ecuación. Para determinar el esfuerzo cortante que soporta la muestra se implementa el uso de galgas extensométricas adjuntas y a través de un puente de Wheatstone se cuantifica el cambio en la magnitud de la resistencia provocada por la deformación presente en el mismo debido al momento de torsión. .
El puente de Wheatstone para obtener la deformación mediante la trocha KFH-06-120-D17-11L1M2S será una junta de ¼ de puente.
CONSTRUCCIÓN DEL EQUIPO
La muestra se unió a la placa de montaje mediante un proceso de soldadura con oxiacetileno. El tercer paso implicó la fabricación del sistema de aplicación de carga, para lo cual se adquirió una barra de acero y mecanizada mediante un proceso de torneado para lograr las dimensiones y configuración geométrica requeridas; Además, se perforó un orificio pasante para permitir adaptar el sistema al patrón. Finalmente, se construyó un sistema de galgas extensométricas: en un centro comercial de la ciudad se compraron una recortadora de 500 ohmios, almohadillas universales, un cable de 20 AWG y cajas de plástico para proteger el puente de Wheatstone; Posteriormente se realizaron los primeros montajes del sistema mediante un panel de navegación para observar su comportamiento, como se muestra en la Figura 46.
Tras comprobar el correcto funcionamiento del sistema, se repite sobre los soportes el montaje realizado sobre la mesa, como se muestra en la Figura 47.
METODOLOGÍA PARA LA MEDICIÓN DE ESFUERZOS CORTANTES Y
ESFUERZO CORTANTE
Determine la lectura del calibre del indicador, que representa la tensión causada por la diferencia de tensión entre el sensor del eje x y el sensor de 45°. Usando el resultado de la lectura y la ecuación del puente de ½ Wheatstone, obtenemos la diferencia de deformación en unidades de longitud. Al aplicar la ecuación para una roseta rectangular se obtiene la deformación cortante causada por las cargas aplicadas.
El esfuerzo cortante se obtiene de la ley de Hooke, que indica que este parámetro es igual al esfuerzo cortante multiplicado por el módulo de rigidez del material.
ANGULO DE GIRO
RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS
La Tabla 9 enumera los valores de tensión cortante obtenidos experimentalmente, los datos teóricos calculados y las tasas de error para cada uno de los dos calibres utilizados. La Tabla 9 nos muestra que el medidor 1 presenta errores entre 98.3 y 98.7%, indicando que esta metodología no es aceptable para calcular el esfuerzo cortante presente en la muestra; Estos resultados pueden surgir porque al utilizar un medidor para el análisis de esfuerzos lineales ubicado en la circunferencia de la probeta, no mide la deformación, ya que se mueve con la superficie de la tubería y por lo tanto la lectura es muy inferior a la existente. rotación. en el elemento analizado. En la Tabla 10 se enumeran los valores obtenidos experimentalmente del ángulo de rotación, los datos teóricos calculados y las tasas de error para cada una de las pruebas realizadas.
Los resultados mostrados en la Tabla 10 nos permiten observar que el porcentaje máximo de error mostrado en los datos del ángulo de rotación obtenidos con los equipos diseñados y fabricados es del 19.7%, valor que puede considerarse aceptable si se toma en cuenta que existen Errores inherentes tanto en las características geométricas de las muestras como en las mediciones realizadas manualmente a través del comparador de cuadrante.
CONCLUSIONES
RECOMENDACIONES
BIBLIOGRAFIA
ANEXOS
Ángulo de torsión: la deformación que se produce en la barra (ver Figura 4). Suponiendo que la varilla está fija en el extremo izquierdo, se aplica un par T al extremo derecho, provocando la rotación de ese extremo con respecto a la izquierda. . Banco de pruebas: Se utiliza para realizar pruebas de torsión aplicando algunas fuerzas a una muestra de aluminio. Usando un nivel, asegúrese de que la varilla esté nivelada y asegúrela con una llave de 7/16.
Busque el calibre frontal que coincida con el extremo de la varilla B, fíjelo magnéticamente y asegúrese de que la medición comience desde cero.
Planos detallados de los componentes del equipo didáctico para la
Tablas de valores y resultados obtenidos para cada condición de ensayo
Guía de laboratorio
Pesos: su cambio es directamente proporcional al cambio en los resultados de la deformación sobre el eje. Reloj comparador: este instrumento nos permite medir el ángulo de giro del eje moviéndolo verticalmente y leyéndolo. Antes de comenzar la práctica, verifique que todo el equipo esté correctamente conectado bajo la supervisión del responsable del laboratorio.
Coloque una de las pesas de 1000 gramos en cada uno de los soportes de pesas y cuente cuántas revoluciones da el comparador durante esta acción.
