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ENSAYOS DE COMPRESIÓN Y FLUENCIA

4ª Práctica de Ciencias de los Materiales

GRUPO : A3 (2º INGENIERÍA MECÁNICA)

NOMBRE: ÁLVARO LECIÑANA SOLDEVILLA

Logroño, 11-Noviembre-2016

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1. Introducción y conceptos

En esta cuarta práctica, veremos qué son el ensayo de fluencia y el ensayo de

compresión, y realizaremos este último con 4 materiales: bronce, aluminio (metales),

nylon y silicona (polímeros).

A. Ensayo de fluencia

Este ensayo estudia la fluencia de un objeto, es decir, la deformación que sufre un

objeto por acción de la carga de su propio peso. Esta característica es mucho más

notoria a altas temperaturas, donde el punto de fluencia es mucho más bajo, y por

tanto con pequeñas cargas sufre deformaciones considerables.

El aparato que lo estudia cuenta con un reloj comparador que registra la deformación

que sufre el objeto, y una pequeña carga que se aplica longitudinal al eje.

En este caso, el reloj comparador cuenta con dos escalas, una de 200 divisiones a lo

largo de la circunferencia que completan 1 mm, y otra escala a lo largo de otra

circunferencia más pequeña donde cada división representa 1 mm.

Este es el aspecto del aparato y del reloj comparador.

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B. Ensayo de compresión

En este caso, como hemos comentado antes, realizaremos con 4 materiales bronce,

aluminio (metales), nylon y silicona (polímeros). Realizaremos un ensayo con los

metales y dos con los polímeros, por lo que contaremos con 6 ensayos de compresión.

Una de las condiciones que debemos tener en cuenta es que, para realizar este

ensayo, la pieza a estudiar no de be contar con una altura mucho mayor que el

diámetro, de forma que se evite el pandeo. La altura debe ser del orden del diámetro.

Los resultados que podemos obtener de este ensayo son, principalmente, de 3 tipos,

asociados al tipo de material:

Material frágil: rompe a 45º, o con forma de diábolo:

Material dúctil: se aplasta con grietas superficiales:

Material fibroso: rompe de forma escalonada:

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A la hora de realizar los cálculos, debemos tener en cuenta que:

Δh=h0-hf > 0 Donde la altura desciende.

ΔS=S0-Sf < 0 Donde el área aumenta.

Rm= -F/S0 Donde Rm es la resistencia mecánica por compresión.

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2. Datos tomados y cálculos

Los materiales con los que contamos, todos cilíndricos, cuentan con las siguientes

dimensiones:

Dimensiones Bronce Aluminio Nylon Silicona

Ø (mm) 5,95 5,99 23,18 18,27

h (mm) 6,04 6,22 10,79 3,80

Donde, para calcular la superficie, utilizaremos la fórmula:

𝑆 = 𝜋 ∙ (Ø

2)

2

𝐹[𝑁] = 9,8 ∙ 𝐹[𝑘𝑝]

Los datos obtenidos y calculados son, de este modo, estos:

Ensayo 1 2 3 4 5 6

Material Bronce Aluminio Nylon 1 Nylon 2 Silicona 1 Silicona 2

h0 (mm) 5,86 5,99 10,73 23,18 4,00 4,00

S0 (mm2) 27,99 28,27 401,86 250,11 274,06 274,06

hf (mm) 2,78 1,92 5,3 15 (aprox) 3,94 4,25

Sf (mm2) 42,54 106,23 671,96 366,29 236,42 283,53

Δh (mm) 3,08 4,07 5,43 8,18 0,06 -0,25

ΔS (mm2) -14,55 -77,96 -270,1 -116,18 37,64 -9,47

F (kp) 1900 5800 1725 25 1800 3600

F (N) 18620 56840 16905 245 17640 35280

Rmc (MPa) -665,24 -2010,61 -42,07 -0,98 -64,37 -128,73

Donde debemos observar que:

En el ensayo de la pieza de Bronce, se ha producido una fractura frágil o con

forma de diábolo.

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Por otro lado, la pieza de Aluminio ha sufrido una fractura dúctil, como

podemos observar:

En la primera prueba de Nylon, hemos introducido la pieza en la máquina y ha

recibido una fractura dúctil, ya que no ha fracturado, sino que se ha aplastado

con grietas superficiales:

En la segunda prueba del Nylon, hemos puesto la pieza sobre la cara lateral, y

demostrando un comportamiento de nuevo dúctil (en este caso,

consideraremos la base un rectángulo de lados el diámetro y la altura):

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En la primera prueba de la silicona, hemos realizado el ensayo sin sobrepasar el

límite elástico, por lo que los datos más o menos reflejan una deformación

nula.

Y en último lugar, hemos superado el límite elástico, por lo que la pieza ya

presenta deformaciones permanentes.

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3. Información adicional

Los ensayos de compresión suelen realizarse con los tres tipos de materiales

estudiados: polímeros, cerámicos y metálicos, en una máquina de ensayos universal

(capaz de realizar ensayos de tracción y compresión).

En el caso de los materiales cerámicos (el tipo de materiales que no hemos ensayado),

la fractura será siempre frágil, como podemos ver en este ejemplo de probeta de

hormigón:

En cuanto al ensayo de fluencia, éste suele realizarse para aquellos materiales que

tengan un punto de fluencia bajo como son los polímeros viscoelásticos. En este caso

concreto la derformación depende de la carga y del tiempo de carga, además,

naturalmente, de la temperatura.

Pero también suelen realizarse para materiales metálicos.

Con este ensayo podemos obtener dos conceptos estudiados:

Módulo de relajación: que es el cociente entre la carga variable en el tiempo

(decreciente) y la deformación constante.

Módulo de fluencia: que es el cociente entre la carga constante y la

deformación variable (creciente) en el tiempo.

Un ejemplo de ensayo de fluencia:

https://www.youtube.com/watch?v=IYKYy8hYVfM