Determinación de las constantes elásticas mediante ultrasonido

Abstract

El análisis teórico y los resultados experimentales cumplen funciones de igual importancia en mecánica de materiales, se usan teorías para deducir fórmulas y ecuaciones con el objeto de predecir el comportamiento mecánico, pero no se pueden usar ecuaciones en el diseño práctico, a menos que se conozcan las propiedades físicas de los materiales. Esas propiedades solo se pueden saber después de haber efectuado experimentos en laboratorio. Muchos materiales estructurales, como, los metales, madera, plásticos y cerámicos, se comportan en forma elástica y lineal cuando se comienzan a cargar. En consecuencia sus curvas de esfuerzo-deformación unitaria comienzan con una recta que pasa por el origen 0 hasta el límite proporcional. Cuando un material se comporta en forma elástica y también presenta una relación lineal entre el esfuerzo y la deformación unitaria, se llama linealmente elástico. Esta clase de comportamiento tiene extrema importancia en ingeniera. Al diseñar estructuras y máquinas que funcionen en esta región se evita deformaciones permanentes debidas a la fluencia. La relación entre el esfuerzo y la deformación unitaria, es lineal en una barra en tensión o compresión simple se expresa con la ecuación 𝜎=𝐸𝜀. Donde 𝜎 es el esfuerzo axial, 𝜀 es la deformación unitaria axial y 𝐸 es una constante de proporcionalidad llamada módulo de elasticidad, modulo elástico. La ecuación 𝜎=𝐸𝜀 se acostumbra llamar ley de Hooke, en honor de Robert Hooke (1635-1703), quien fue el primero en investigar en forma científica las propiedades elásticas de los materiales. En el presente seminario de titulación se estudiará la propagación de las ondas ultrasónicas en medios isotrópicos, analizando el comportamiento de una onda simple, con el objetivo de establecer un método experimental para determinar las constantes elásticas de materiales isotrópicos. Para esto se realizan tres diferentes ensayos: Ultrasonido, Medición de Deformación y Ensayo de Tracción, para los cuales se detalla un procedimiento de ensayo. Universidad del Bío-Bío.Sistema de Bibliotecas - Chile Para calcular constantes elásticas de un material, Módulo de elasticidad (E) y Coeficiente de Poisson (𝜐) es necesario conocer la densidad (𝜌), la velocidad de propagación, longitudinal (Cp) y la velocidad transversal (Cs), Para esto se realiza un ensayo de ultrasonido. El equipo a utilizar es de marca OLYMPUS de la serie EPOCH 1000i. Los resultados obtenidos para el Módulo de Elasticidad se comparan con los parámetros obtenidos a través de ensayo de tracción realizado con máquina de ensayos Zwick / Roell Modelo BT1-FB100TN. Para comparar resultados de cálculos obtenidos para el Coeficiente de Poisson a través de ultrasonido. Se realiza medición de deformación, a una viga en voladizo de acero AISI 304, equipada con Strain Gage, del cual se obtienen datos necesarios para calcular dicho coeficiente.