Galgas extensiometricas
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GALGA EXTENSIOMETRICA Determinacion de esfuerzos residuales Metodo del barreno ciego
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Presentacion que contiene informacion sobre las galgas extensiometricas y sobre los esfuerzos residuales presentes en los materiales.
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GALGA EXTENSIOMETRICA
Determinacion de esfuerzos residualesMetodo del barreno ciego
Galga extensiometrica Un extensómetro, galga extensiométrica o “strain gage” (en
inglés) es un dispositivo de medida universal que se utiliza para la medición electrónica de diversas magnitudes mecánicas como pueden ser la presión, carga, torque, deformación, posición, etc.
Esfuerzo Se entiende por strain o esfuerzo (ε) a la cantidad de
deformación de un cuerpo debida a la fuerza aplicada sobre él.
Strain Gage Metalico Se conocen varios métodos para medir esfuerzo, pero el más
utilizado es mediante un strain gage, dispositivo cuya resistencia eléctrica varía de forma proporcional al esfuerzo a que éste es sometido. El strain gage más ampliamente utilizado es el confinado en papel metálico o “bonded metallic” strain gage.
Funcionamiento La resistencia electrica de un material cambia ligeramente cuando
este se tensa o se comprime.
AL
R Donde:R= Resistenciaρ = ResistividadL= LongitudA= Área (x Sección)
GG RΔR
LΔLRΔR
K
Galga deFactor
Factor de galga = Sensibilidad al esfuerzo
nDeformació
galga la de aResistenci R
aResistenci de Cambio
:Donde
G
R
Entrada Mecanica
(∆L/L)
Galga
Hilos Conductores
Salida Electrica
(∆L/L)
Puente Wheatstone
Salida Electrica
Amplificador
Despliegue de la salida
* Balance* Ganancia/ Factor de galga
* Entrada Electrica
* Balance* Calibracion
Las galgas se utilizan en ensayos con maquinas para medir deformacion y la fuerza aplicada al material que se desea ensayar. Esto permite conocer las propiedades mecanicas fundamentales del material que son de vital importancia en el diseño.
Puente Wheatstone
Configuraciones
Factores favorables
Dimensiones pequeñas y masa insignificante. Totalmente pegada al elemento sensible. Excelente lineabilidad en un amplio intervalo de deformacion
unitaria. Bajo y predecible efecto termico. Alta estabilidad con el tiempo. Relativo bajo costo. Circuitos de medicion para cambios de resistencia.
Limitaciones Degradacion termica. Señales de salida relativamente bajas. Se requiere procedimiento cuidadoso en la instrumentacion.
(Se requiere personal capacitado). Conocimiento pleno de la tecnologia. Efectos de la humedad.
Transductores Un transductor es un dispositivo al que se le aplica una
energia de entrada y devuelve una energia de salida; esta energia de salida suele ser diferente a la energia de entrada.
Tipos: Galgas extensometricas (Celulas de carga) Cristales piezoelectricos Medidores de fuerza a travez de presion
Celulas de carga Es el tipo mas comun de trnasductor de fuerza, y un claro
ejemplo de un elemento elastico. Cada celula esta basada en un elemento, a los cuales se les adhiere varias galgas de resistencia electrica. La forma geometrica y el modulo de elasticidad del elemento determinan la magnitud del campo de deformacion producido por la accion de la fuerza. Cada extensometro, responde a la deformacion local y su posicion, y la medida de la fuerza es determinada por la integracion de estos valores individuales.
Tipos de celulas de carga Elementos elasticos Galgas extensiometricas de resistencia electrica Galgas extensiometricas de hoja Galgas extensiometricas semiconductoras Galgas extensiometricas de capa delgada Galgas extensiometricas de cable
Elementos elasticos
Cada elemento esta diseñado para medir la fuerza a lo largo de su eje principal y que no sean afectadas por otras fuerzas.
El material normalmente usado es acero para herramientas, acero inoxidable, aluminio o cobre.
Se someten a tratamientos termicos especiales.
Galgas extensiometricas de resistencia electrica
Cuando una longitud de cable es sujetada a la tension dentro de su limite de tension, esta longitud se incrementa con el correspondiente decremento de su diametro y cambio de su resistencia electrica. Si el material conductor es unido a un elemento elastico bajo deformacion, entonces el cambio en la resistencia puede ser medido y usado para calcular la fuerza desde la calibracion del elemento.
Se fabrican con aleaciones de cobre-Nickel, Nickel-Cromo, Nickel-Cromo-Molibdeno y Phtino-Tungsteno.
Extensometros de hoja Consisten en una hoja de metal con un patron determinado,
montado sobre material aislante, construidos por una union entre una hoja delgada de metal rolado en una hoja o lamina de respaldo.
Galgas extensometricas semiconductoras
Manufacturadas a base de tiras de silicon semiconductor, ya sea en forma de n o p.
Su salida es mayor comparada con la galga de hoja o de cable.
Su salida no es linear con respecto a la deformacion unitaria, pero no exhibe histeresis.
Tienen una vida muy larga.
Extensometros de capa delgada Son producidas por medio de la evaporacion de delgadas
capas de metales o aleaciones sobre el elemento elastico.
Son ideales para uso en productos con alto volumen como los trnasductores de presion.
DETERMINACIÓN DEL ESFUERZO RESIDUAL
“BARRENADO CIEGO PARA OBTENER EL ESFUERZO RESIDUAL”
http://www.astm.org/Standards/E837.htm
DETERMINACIÓN DEL ESFUERZO RESIDUAL
Los esfuerzos residuales están presentes en la mayoría de los materiales.
Se pueden crear en la manufactura o durante la vida útil del material y llega a ser un factor importante de falla en un material.Un aspecto particularmente insidioso de las tensiones residuales es que no se detecta su presencia hasta después del fallo o mal funcionamiento del componente afectado.
El barrenado de indicador de esfuerzos, es un método práctico para la determinación del esfuerzo residual.
DETERMINACIÓN DEL ESFUERZO RESIDUAL
Especifica un procedimiento de agujero de perforación para la
determinación de perfiles de tensiones residuales cerca de la
superficie de un material isotrópico elástico lineal.
UNIFORME
Los esfuerzos pueden permanecen aproximadamente
constantes con la variación de la profundidad
El espesor de la pieza es menor al del agujero realizado.
Solo piezas delgadas
NO UNIFORME
Esfuerzos varían significativamente con la profundidad
El espesor de la pieza es mayor al de la perforación ejecutada.
El método agujero de perforación permite identificar en el plano, las tensiones residuales cerca de la superficie de medida del material de la pieza de trabajo.
El método proporciona mediciones localizadas que indican las tensiones residuales dentro de los límites del agujero perforado.
DETERMINACIÓN DEL ESFUERZO RESIDUAL
El método de prueba se aplica en los casos en que el comportamiento del material es elástico-lineal
La perforación se describe como una técnica semi-destructivo.
En comparación la mayoría de los otros métodos mecánicos para la medición de tensiones residuales cosiste en la destrucción de la pieza de trabajo.
Este plan de ensayo debe aplicarse sólo en aquellos casos en que la pieza de trabajo sea prescindible o donde la introducción de un barreno no afectará significativamente la utilidad de la pieza de trabajo.
DETERMINACIÓN DEL ESFUERZO RESIDUAL
¿Como determinar el esfuerzo residual?primeramente utilización de sensores o llamado extensómetro, galga extensiométrica o bien su nombre en ingles strain gage.
¿Qué es un extensómetro?Es un dispositivo de medida universal que se utiliza para la medición electrónica de diversas magnitudes mecánicas como la presión, carga, torque, deformación, posición.
DETERMINACIÓN DEL ESFUERZO RESIDUAL
DETERMINACIÓN DEL ESFUERZO RESIDUAL
strain o esfuerzo se define como la cantidad de deformación de un cuerpo debida a la fuerza aplicada sobre él.
strain se define como la fracción de cambio en longitud
La medición de tensiones residuales en objetos se realiza
mediante los sensores de deformación.
solo pueden medir los cambios producidos después de la instalación del sensor.
Para medir tensiones residuales con estos sensores las tensiones internas deben ser aliviadas de alguna forma con el sensor aún presente, para que pueda registrar la tensión causada por la eliminación de las tensiones
La introducción de un agujero en un cuerpo con tensiones residuales relaja las tensiones en esa zona.
.
DETERMINACIÓN DEL ESFUERZO RESIDUAL
DETERMINACIÓN DEL ESFUERZO RESIDUAL
Con las galgas colocadas correctamente antes de diseccionar la pieza, los sensores responden a la deformación producida por la relajación de la tensión al eliminar material.
La eliminación de estas tensiones en la superficie del agujero cambia las tensiones en las regiones circundantes, causando las deformaciones locales en la superficie del objeto a ensayar
DETERMINACIÓN DEL ESFUERZO RESIDUALLas tensiones residuales iniciales pueden ser deducidas a partir de las deformaciones medidas por consideraciones de elasticidad.
En la mayoría de las aplicaciones del método, el agujero perforado es ciego (sin salida), con una profundidad aproximadamente igual a su diámetro y pequeña en comparación con el grosor del objeto a ensayar.
o La geometría del agujero ciego es suficientemente compleja y se complica calcular directamente las tensiones residuales a parti
oSe obtiene una solución para un caso más simple como el de un agujero que perfora completamente una fina lámina en el cual las tensiones residuales están uniformemente distribuidas a lo largo del espesor de la lámina de las deformaciones medidas.
DETERMINACIÓN DEL ESFUERZO RESIDUAL
Se considera un área local del interior de una placa que esta sujeta a una tensión residual uniforme σx.
DETERMINACIÓN DEL ESFUERZO RESIDUAL
Las tensiones en las proximidades del agujero s, ya que σr y τrθ tienen que ser cero en toda la superficie del agujero son:
Restando las tensiones iniciales y finales obtenemos la variación de la tensión, o relajación de tensión en el punto P (R,α) debido a la perforación del agujero
DETERMINACIÓN DEL ESFUERZO RESIDUAL
Sustituyendo las ecuaciones anteriores se obtienen las expresiones completas de las tensiones relajadas o aliviadas.
Disposición de la roseta de galgas extensométricas para determinar la tensión residual.
DETERMINACIÓN DEL ESFUERZO RESIDUAL
La introducción de un agujero ciego en un campo de tensión plana produce un estado local de tensión muy complejo, para el cual aún no existe ninguna solución exacta disponible de la teoría de la elasticidad.
Las ecuaciones son igualmente aplicables a la implementación de agujero ciego cuando se emplean los coeficientes apropiados del agujero ciego
Los coeficientes no pueden calcularse directamente por consideraciones teóricas, deben ser obtenidos por medios empíricos; esto es, calibración experimental o por procedimientos numéricos como el análisis por elementos finitos.
DETERMINACIÓN DEL ESFUERZO RESIDUAL
El análisis del agujero ciego incluye una variable independiente adicional; llamada. la profundidad adimensional del agujero, Z/D
Para cualquier estado inicial de tensión residual, y un diámetro dado, las deformaciones aliviadas aumentan (en una proporción decreciente) con la profundidad
del agujero.
La variación general de las deformaciones aliviadas con la profundidad para Z/D = 0.4 se toman como 100%
(ASTM E837 especifica Z/D =0.4 como la profundidad máxima del agujero).
DETERMINACIÓN DEL ESFUERZO RESIDUAL
Deformación aliviada frente a la relación entre la profundidad del agujero y el diámetro del círculo de galgas.
DETERMINACIÓN DEL ESFUERZO RESIDUAL
DETERMINACIÓN DEL ESFUERZO RESIDUAL
Selección e instalación de las galgas extensométricas una roseta de dos o tres elementos(galgas
extensométricas) que pueden ser requeridas para determinar los principales esfuerzos.
Direcciones principales de esfuerzos deben ser determinadas con precisión, ya sea por la forma de un objeto o el modo en que se carga.cuando las direcciones principales de los esfuerzos no son conocidas, una roseta de tres elementos debe ser utilizada.
¿Que tipos de roceta utilizar?
simple-plana o apilada. roseta simple-plana
Para una longitud de galga determinadaEs mejor en la transferencia de calor a la pieza de prueba Provee mejor estabilidad y precisión para mediciones de esfuerzos estáticos.roceta plana La roseta apilada se prefiere cuando el espacio de instalación es limitado.cuando hay largos gradientes de esfuerzos sobre la
superficie de la pieza de prueba
