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Ensayo de Torsion en materiales, Apuntes de Materiales

El ensayo de torsión es un mecanismo en que se deforma un material aplicándole un par torsor.

Tipo: Apuntes

2019/2020

Subido el 20/11/2020

salvador.2237
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4.3 Ensayo de torsión
I. Introducción
El ensayo de torsión es un mecanismo en que se deforma un material aplicándole un
par torsor.
La deformación plástica alcanzada en este tipo de ensayos es mucho mayor que en la
tracción y la de compresión.
II. Torsión
Muchos materiales cuando están en servicio y sujetos a fuerzas o cargas. En tales condiciones
es necesario conocer las características del material para diseñar el instrumento
Esfuerzos a los que vaya a estar sometido no sean excesivos y el material no se fracture. El
comportamiento mecánico de un material es el reflejo de la relación entre su respuesta o
deformación ante una fuerza o carga aplicada. El ensayo de torsión se aplica en la industria
para determinar constantes elásticas y propiedades de los materiales. También se puede
aplicar este ensayo para medir la resistencia de soldaduras, uniones, adhesivos.
Si los esfuerzos cortantes no sobrepasan el límite de proporcionalidad, dicho esfuerzo se
distribuye linealmente, es cero en el eje central de la probeta y tiene un valor máximo en la
periferia.
La Torsión en sí, se refiere a la deformación helicoidal que sufre un cuerpo cuando se le
aplica un par de fuerzas (sistema de fuerzas paralelas de igual magnitud y sentido contrario).
La torsión se puede medir observando la deformación que produce en un objeto un par
determinado. Por ejemplo, se fija un objeto cilíndrico de longitud determinada por un
extremo, y se aplica un par de fuerzas al otro extremo; la cantidad de vueltas que dé un
extremo con respecto al otro es una medida de torsión. Los materiales empleados en
ingeniería para elaborar elementos de máquinas rotatorias, como los cigüeñales y árboles
motores, deben resistir las tensiones de torsión que les aplican las cargas que mueven.
El ensayo de torsión es un ensayo en que se deforma una muestra aplicándole un par torsor.
La deformación plástica alcanzable con este tipo de ensayos es mucho mayor que en los de
tracción (estricción) o en los de compresión (Abarrilamiento, aumento de sección).
Da información directamente del comportamiento a cortadura del material y la información
de su comportamiento a tracción se puede deducir fácilmente.
El objetivo de este laboratorio es encontrar la duración de la deformación elástica y la
deformación plástica después de aplicarle un torque a una probeta teniendo en cuenta que la
deformación plástica alcanzable con este tipo de ensayos es mucho mayor que en los de
tracción.
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4. 3 Ensayo de torsión

I. Introducción ▪ El ensayo de torsión es un mecanismo en que se deforma un material aplicándole un par torsor. ▪ La deformación plástica alcanzada en este tipo de ensayos es mucho mayor que en la tracción y la de compresión. II. Torsión Muchos materiales cuando están en servicio y sujetos a fuerzas o cargas. En tales condiciones es necesario conocer las características del material para diseñar el instrumento Esfuerzos a los que vaya a estar sometido no sean excesivos y el material no se fracture. El comportamiento mecánico de un material es el reflejo de la relación entre su respuesta o deformación ante una fuerza o carga aplicada. El ensayo de torsión se aplica en la industria para determinar constantes elásticas y propiedades de los materiales. También se puede aplicar este ensayo para medir la resistencia de soldaduras, uniones, adhesivos. Si los esfuerzos cortantes no sobrepasan el límite de proporcionalidad, dicho esfuerzo se distribuye linealmente, es cero en el eje central de la probeta y tiene un valor máximo en la periferia. La Torsión en sí, se refiere a la deformación helicoidal que sufre un cuerpo cuando se le aplica un par de fuerzas (sistema de fuerzas paralelas de igual magnitud y sentido contrario). La torsión se puede medir observando la deformación que produce en un objeto un par determinado. Por ejemplo, se fija un objeto cilíndrico de longitud determinada por un extremo, y se aplica un par de fuerzas al otro extremo; la cantidad de vueltas que dé un extremo con respecto al otro es una medida de torsión. Los materiales empleados en ingeniería para elaborar elementos de máquinas rotatorias, como los cigüeñales y árboles motores, deben resistir las tensiones de torsión que les aplican las cargas que mueven. El ensayo de torsión es un ensayo en que se deforma una muestra aplicándole un par torsor. La deformación plástica alcanzable con este tipo de ensayos es mucho mayor que en los de tracción (estricción) o en los de compresión (Abarrilamiento, aumento de sección). Da información directamente del comportamiento a cortadura del material y la información de su comportamiento a tracción se puede deducir fácilmente. El objetivo de este laboratorio es encontrar la duración de la deformación elástica y la deformación plástica después de aplicarle un torque a una probeta teniendo en cuenta que la deformación plástica alcanzable con este tipo de ensayos es mucho mayor que en los de tracción.

Además, se desea hallar el módulo de elasticidad o rigidez que está definido como la pendiente de la gráfica de la deformación elástica, esto nos permitirá conocer su rigidez, pues cuanto mayor es el módulo de elasticidad mayor es la oposición de este a la fractura. La deformación elástica es aquella que es reversible es decir que al aplicarle cierta fuerza (en este caso un torque) el material tiende a volver a su forma habitual. La deformación plástica es lo contrario de la deformación elástica pues en este caso el material no recupera la forma original después de retirarle la fuerza aplicada es decir es irreversible. El torque es la posibilidad de giro que tiene un objeto, esto teniendo en cuenta que se le aplica un par de fuerzas. III. Objetivos ➢ Analizar el comportamiento de los materiales metálicos al ser sometidos a un esfuerzo de Cortante o de torsión. ➢ Reconocer y determinar de manera práctica las distintas propiedades mecánicas. ➢ Construir e interpretar la gráfica. ➢ Calcular el módulo de rigidez, limite elástico. ➢ Medir la resistencia a fluencia o esfuerzo de fluencia de los materiales. ➢ Observar y reconocer las posibles diferencias que presentan los diversos materiales en cuanto a ductilidad y fragilidad. ➢ Analizar cómo es el comportamiento de las secciones transversales en la prueba y determinar el tipo de ruptura que se presenta en dicho ensayo IV. Diagrama de momento de torsor y ángulo de torsión La obtención del diagrama de momento torsor en función del ángulo de torsión, para una probeta cilíndrica sometida a torsión, es fundamental para determinar el módulo de rigidez al corte, el esfuerzo cortante de proporcionalidad y el esfuerzo cortante de fluencia En dicho diagrama se pueden distinguir: El límite de proporcionalidad, el límite de fluencia y la ruptura de la probeta. La zona lineal del gráfico, permite determinar el módulo de rigidez al corte del material y el esfuerzo cortante de proporcionalidad.

  1. Fijar la probeta a las copas de la máquina de torsión, asegurarse de que la probeta quede bien sujeta y así no tener problemas de deslizamiento de la misma. (Imagen 5 .3)
  2. Calibrar el tacómetro de revoluciones a cero y el medidor de torque, seleccionando en este último las unidades sistema internacional (N-m). (Imagen 5 .4)
  3. Para la toma de datos tenemos que realizar una tabla en la que se registraremos el valor del Torque (Útil Para Calcular El Esfuerzo Cortante) ha cierto intervalo de revoluciones (Útil Para Calcular La Deformación Angular). para efectos de simplicidad a la hora de registrar los datos tomaremos los intervalos de la siguiente manera: (Imagen 5 .5) ➢ De 10 en 10 revoluciones hasta 200 revoluciones. ➢ De 25 en 25 revoluciones hasta 400 revoluciones. ➢ De 50 en 50 revoluciones hasta 1200 revoluciones. ➢ De 100 en 100 revoluciones hasta 2000 revoluciones. ➢ De 200 en 200 revoluciones hasta 4000 revoluciones. ➢ De 500 en 500 revoluciones hasta la fractura.
  4. Girar lentamente la perilla para aumentar gradualmente el torque de manera que se puedan tomar los datos de acuerdo a la tabla anterior. Se puede aumente la velocidad a medida que el torque se vaya estabilizando de forma gradual, pero no se puede disminuir la velocidad durante la prueba pues esto afecta la misma generando errores. (Imagen 5 .6)
  5. Finalmente, cuando en el ensayo se produzca fractura en la probeta (Se Reconoce Porque El Torque Disminuye Bruscamente Y Se Observa La Falla En La Probeta) retornamos la perilla que controla la velocidad y el torque a la posición de apagado retiramos la probeta de las copas de sujeción y con esto damos fin a la toma de datos.

VII. Tabla

Diámetro (cm): 1.25 Longitud (cm): 6

Θ 1 Θ 2 Mt (Kg.cm)

VIII. Formulas a utilizar Área Momento Polar de Inercia Esfuerzo de Corte Angulo de Torsión Módulo de Rigidez 𝐴 =

𝜋𝐷^2

𝜋𝐷^4

Área: 𝐴 = 𝜋( 1. 25 𝑐𝑚)^2 4

= 1. 2271 𝑐𝑚^2

Momento Polar de Inercia: 𝐽 0 = 𝜋( 1. 25 𝑐𝑚)^4 32

= 0. 2396 𝑐𝑚^4

Esfuerzo de Corte: 𝜏 = ( 1540 𝐾𝑔.𝑐𝑚)( 0. 625 𝑐𝑚)

  1. 2396 𝑐𝑚^4

𝐾𝑔 𝑐𝑚^2 Angulo de Torsión: 𝜑 = 20 °^ − 4 °^ = 16 ° Módulo de Rigidez: 𝐺 = ( 1540 𝐾𝑔.𝑐𝑚)( 6 𝑐𝑚) 180 𝜋 16 0. 2396 𝑐𝑚^4

𝐾𝑔 𝑐𝑚^2

IX. Table de resultados

  • Τ Kg/cm^2 Φo G Kg/cm
  • 4017.1118 16⁰ 138098.
  • 4877.9215 35⁰ 76658.
  • 5608.3055 54⁰ 57125.
  • 6495.2003 74⁰ 48278.
  • 6521.2854 93.5⁰ 38363.
  • 6625.6230 113⁰ 32250.
  • 6756.0517 133⁰ 27940.
  • 6990.8180 153⁰ 25132.
  • 7069.0734 173⁰ 22475.
  • 7173.4140 193⁰ 20443.
  • 7303.8397 212.5⁰ 18905.
  • 7303.8397 232.5⁰ 17279.
  • 7382.0951 252.5⁰ 16080.
  • 7512.5208 272.5⁰ 15163.