Informe de proyecto de diseño para mecánica de ingeniería.
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Introducción

Entender los materiales en mecánica es crítico en la aplicación de los materiales en mecánica. Este hecho ha llevado a la investigación de un puente truss para establecer por qué se desvía permanentemente bajo una carga que es más alta que la especificación permitida (Ashby). La prueba implica principalmente establecer las causas de la falla de un puente de armadura debido a la carga. La prueba implicará principalmente la carga del puente de truss y recopilará datos relevantes para la compilación del módulo de Young, la tensión de rendimiento y la tensión de tracción final. Estas pruebas se realizarán por separado para aumentar la precisión de los datos obtenidos. Este documento presenta los datos en bruto obtenidos, el informe de fallas y la discusión de las pruebas de materiales.

Los experimentos apuntan a familiarizarse con la relación entre la carga y la deflexión de las diferentes vigas que forman el puente de armadura. También tiene como objetivo explorar la teoría del módulo de los jóvenes de los materiales que componen las vigas. Los experimentos que se llevarán a cabo son la plataforma de pruebas de flexión, la desviación de un voladizo y la desviación de una viga simplemente soportada. La prueba de flexión implicará la carga de masas en un eje soportado entre las abrazaderas de una plataforma y la medición de las relaciones de carga-desviación. La desviación de un experimento de voladizo implicará la deflexión de una viga en voladizo para acero y aluminio. Finalmente, la desviación de un experimento de viga simplemente soportada implica investigar la deflexión de una viga simplemente soportada para acero y aluminio.

Resumen Ejecutivo

Las pruebas se esfuerzan por explicar el fracaso del puente truss utilizando principios de ingeniería. El puente experimentó una deflexión permanente bajo una carga que es más alta que la especificación permitida. Los métodos de prueba implicaron la prueba de la tensión de los materiales metálicos. El ensayo se realizó a temperatura ambiente con los metales forjados en vigas. El objetivo principal de la prueba era establecer el módulo de Young, la tensión de rendimiento y la tensión de tracción final de las vigas que forman el puente de armadura. Los miembros del truss fueron hechos de acero inoxidable recocido 405 (Módulo de elasticidad = 200 GPa, Resistencia de rendimiento = 170 MPa, Resistencia a la tracción máxima = 415 MPa). Se encontró que la longitud del truss era de aproximadamente 80 metros, y la altura era aproximadamente de 6 metros. Cada viga de celosía es igual en tamaño (internacional). Los miembros de la cuerda inferior consisten en secciones cuadradas de 40x40 mm, y todos los otros miembros de la armadura son secciones cuadradas de 80x80 mm.

Las excepciones a estas pruebas se hicieron para los miembros individuales donde era imperativo concluir que los miembros operarán con sus zonas de tensión y tensión permitidas. También se asumió que los miembros no eran elásticos, por lo que podrían sufrir fracturas cuando se sobrepasan sus límites elásticos. Se consideró que la temperatura ambiente era de 10 a 38 ° C. Todos los valores se convirtieron a las unidades SI.

Los laboratorios apuntaban principalmente a probar a los dos miembros del puente; Los elementos de tracción y compresión. Las dos vigas diferentes (cantilever y simplemente apoyadas) se probaron bajo diferentes cargas, obteniendo la desviación de la carga y estableciendo que el puente que se desvía permanentemente bajo la carga es mayor que la especificación permitida. Los resultados de la prueba de cálculo del módulo de jóvenes con precisión. Esta prueba demostró ser útil para determinar el módulo de Young del material de las vigas y, por lo tanto, ofrece resultados superiores en comparación con la prueba de tracción. La tensión tanto en los miembros de tensión (90x90) como en la compresión (80x80) es mayor que la permitida por las propiedades del material. Una compresión más alta más alta que el punto de elasticidad causó la deformación del diámetro, por lo que distorsionó el área de la sección transversal del miembro, mientras que la tensión redujo el diámetro del miembro.

Los cálculos para el módulo de Young para establecer el punto de elasticidad del material pudieron establecer que el puente sucumbiría a las masas introducidas en el centro del puente. El hallazgo fue porque el punto de rendimiento se excedería fácilmente cuando se introdujera la fuerza de compresión. Discusión de Pruebas de Materiales

Para probar el comportamiento de los materiales del miembro del truss bridge, hacemos una prueba de compresión y una prueba de tracción (Peixoto, Sousa y Restivo). Los principales elementos que se probaron fueron el módulo de Young, la tensión de rendimiento y la tensión de tracción final de los materiales potenciales que se utilizarán para construir un nuevo puente. El experimento de flexión fue efectivo para obtener valores precisos para el cálculo del módulo de Young. El simple apoyo era un poco indeseable.

El módulo de Young

Las siguientes son las dimensiones de las vigas utilizadas en el material del experimento.

Informe de proyecto de diseño de AWB para Ingeniería Mecánica

Los haces se desviaron de acuerdo con la teoría del haz de Euler-Bernoulli. Los principios serían considerados tanto para los preparativos del experimento. La viga en voladizo tenía la máxima desviación que se produce en el extremo libre de la viga, y en la viga simplemente apoyada se produce en el centro de la viga. Para calcular la deflexión máxima del voladizo y la viga simplemente soportada, se pueden utilizar las siguientes ecuaciones.

Informe de proyecto de diseño de AWB para Ingeniería Mecánica

L es la longitud de la viga (mm)

E es el módulo de Young (GPa o N / mm2)

P es la carga (Newtons)

I es el momento de inercia 2nd (mm4)

La figura a continuación representa la desviación experimentada en los dos experimentos.

El módulo de Young representa la pendiente de la línea en una curva de tensión-deformación. Para determinar el módulo joven de las pruebas, trazamos la relación entre la carga y la desviación resultante y, por lo tanto, obtenemos la pendiente de la gráfica. Tratando la gráfica de una relación lineal y = bx + c obtenemos las siguientes ecuaciones.

A partir del experimento, primero calculamos el segundo momento de inercia para poder obtener la desviación.

A partir de las lecturas anteriores podemos calcular el segundo momento de inercia.

Para obtener las máximas desviaciones.

La deflexión obtenida se puede utilizar para determinar el módulo de Young del material de las vigas.

Propiedad Su valor Unidad
El módulo de Young 46.025 GPa
0.2% a prueba de estrés 283.07 MPa
Último esfuerzo de tracción 348.54 MPa
Tensión de ingeniería en el punto del cuello. 22.26 %
ductilidad 33.4599 %

Para diseñar las vigas trazamos las respectivas extensiones de las vigas contra las cargas.

MS Blackform

SS 304
Al 5005
Al 5052
SS 304

Tensión de rendimiento y tensión de tracción final.

La prueba de tracción se utiliza para medir las propiedades mecánicas de las vigas. Relaciona los efectos de una carga de tracción en el alargamiento (cambio en la longitud) de las vigas del puente. Para analizar completamente el material de las vigas, monitoreamos su comportamiento bajo tensión y compresión (G, Totten y MacKenzi). El supuesto de la tensión y la compresión funcionó para el valor de la constante del material. La fórmula de tensión y deformación desarrollada se aplica a los miembros del puente en tensión y compresión, estableciendo así el efecto de la carga en las vigas. La resistencia a la compresión de los materiales es diferente de su resistencia a la tracción. Desde los gráficos de tensión-deformación, el módulo de elasticidad es el mismo para la tensión y la compresión. Pero a partir de los resultados, la resistencia a la compresión del aluminio fue dos veces mayor que la del acero. La prueba de compresión se realizó sin descargar, por lo que el comportamiento de las vigas fue casi el mismo en la compresión y la tensión.

El módulo de elasticidad, la tensión de rendimiento y la tensión última se vuelven iguales.

A partir de la tensión y el esfuerzo en la longitud original de la longitud del haz de la muestra obtenida de la armadura e igual el alargamiento de la viga (el cambio en la longitud de la viga) dividido por la longitud original de la viga. Dado que tanto la tensión como la tensión tienen unidades de longitud, la tensión tiene unidades sin dimensiones y se expresa principalmente en metros y milímetros. Comúnmente, la tensión se puede expresar como tensión de ingeniería como porcentaje de tensión o porcentaje de alargamiento (M).

Tensión de ingeniería = Tensión de ingeniería x 100%

La gráfica del diagrama de tensión frente a tensión da como resultado una curva que generalmente es lineal y sigue la relación. Esta relación lineal se basa en la ley de Hooke y tiene un punto de rendimiento que representa una deformación elástica. La eliminación de la carga en la región de la viga, el miembro recuperará su forma original sin deformación permanente. El gradiente de la curva es el módulo de elasticidad o el módulo de Young, que es similar a una constante de resorte. Los materiales difieren en el módulo de Young debido a la diferencia en los enlaces, el módulo de Young de un material no se ve afectado por la microestructura, sino que está completamente afectado por la fuerza de enlace que mantiene a los átomos en la estructura. Cuando la carga aumenta, el nivel de tensión aumenta hasta el punto más allá del límite elástico, si la tensión excede la tensión de rendimiento y se produce una deformación permanente de las vigas. La deformación permanente se conoce como la deformación plástica debido al tipo de comportamiento en la estructura. Es difícil determinar el punto exacto donde ocurre el cambio de comportamiento elástico a plástico. El método de compensación de 0.2% se usa generalmente para estimar este punto. Una línea paralela a la curva elástica se dibuja a través de la tensión, y el punto de intersección con la curva tensión-tensión define la tensión de rendimiento. El último esfuerzo de tracción es el esfuerzo máximo en el diagrama de esfuerzo-deformación de ingeniería. Las vigas finalmente experimentarán una extensa deformación plástica después de una carga excesiva, y luego eventualmente sufrirán una deformación localizada conocida como estrechamiento antes del fallo final. La región es el resultado de la inestabilidad de la deformación y después de su formación, por lo tanto, cualquier deformación está restringida a esta región. En este punto, el verdadero esfuerzo requerido para tirar de los haces al fallo aumenta constantemente hasta la fractura. Pero, dado que la tensión se calcula utilizando la sección transversal original de las vigas después de que se produce el estrechamiento, el valor de la tensión de ingeniería disminuye. La ductilidad del haz se caracteriza por la deformación a la falla o el cambio porcentual en la longitud. Si se produce un estrechamiento significativo antes de la fractura, el cambio porcentual en la dimensión de las vigas será una medida clara de la ductilidad de las vigas.

Conclusiones

Los experimentos tienen como objetivo establecer la ductilidad de las vigas que se utilizarán en el puente de armadura. La relación entre la carga y la deflexión de las vigas que forman el puente de armadura. El experimento fue capaz de probar la teoría del módulo de los jóvenes de los materiales que forman las vigas. Los experimentos realizados hasta ahora involucraron la plataforma de prueba de flexión, la desviación de un voladizo y la desviación de una viga simplemente soportada. La prueba de flexión implicaba la carga de masas en una viga soportada entre las abrazaderas de una plataforma y la medición de las relaciones de carga-desviación. La desviación de un experimento de voladizo implicó la desviación de una viga en voladizo para acero y aluminio. Finalmente, la desviación de un experimento de viga simplemente soportada implicó investigar la deflexión de una viga simplemente soportada para acero y aluminio.

El módulo de Young, es una medida de la deformación del material de las vigas en respuesta a una fuerza aplicada que causa tensión en las vigas, es una variable fundamental a considerar cuando se diseñan sistemas de ingeniería mecánica como puentes o edificios. El módulo de Young es el gradiente de la curva de tensión-tensión. Diseñamos y utilizamos abrazaderas para sujetar las vigas a fin de medir el módulo de Young de las vigas de aluminio y acero. Las vigas se mantuvieron tensas en un extremo con bloques sujetos, y el otro extremo se suspende con la carga para causar tensión y tensión a fin de proporcionar datos para el diseño. La aplicación de masa a las vigas estira la viga y hace que la viga se desvíe. La cantidad de deflexión es proporcional a la carga aplicada a las vigas. La tensión se encuentra por la desviación de la viga dividida por la longitud inicial de la viga mientras que; La tensión se puede encontrar utilizando la cantidad de fuerza aplicada dividida por el área de la sección transversal de la viga. Luego se traza el gráfico de tensión-tensión, y el Módulo de Young se determina utilizando la pendiente del gráfico.

Trabajos Citados

Ashby, M F. Selección de materiales en diseño mecánico. Butterworth-Heinemann: Oxford, 1999. impresión.

G, Totten, G Totten y D MacKenzi. "Manual de Aluminio ,." Metalurgia física y procesos (2003): 403. impresión.

Internacional, ASTM. Métodos de prueba estándar para pruebas de tensión de materiales metálicos. libro anual. West Conshohocken: ASTM International, 2015. impresión.

M, Radovic. "Comparación de diferentes técnicas experimentales para la determinación de propiedades elásticas de sólidos". Ciencia e Ingeniería de Materiales (2004): 368. impresión.

Peixoto, Daniel, et al. DETERMINACIÓN DEL MÓDULO DE LOS JÓVENES: MÉTODOS DIFERENTES. Conferencia Internacional de Mecánica Experimental. porto: Departamento de Ingeniería Mecánica (DEMec), Universidad de Oporto, Portugal, 2012. impresión.

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