Instituto Tecnológico de Querétaro

“Mecánica de Materiales II”

MED1021

Prof. Obregón Zainos José Pedro

Integrantes:

Juan Carlos Vázquez Montes

José Enrique Centeno Barajas

Práctica Strain-gage

INTRODUCCIÓN

En la presente práctica, se muestra el procedimiento necesario para llevar a cabo la medición, específicamente de deformación a tension, de un straingage (también llamado entensómetro o galga extensiométrica) expuesto en una viga en voladizo y una barra rigida soportada por tres vigas en voladizo.

ANTECEDENTES

Un extensómetro, es un dispositivo de medida universal que se utiliza para la medición electrónica de diversas magnitudes mecánicas, como puede ser la presión, carga, torque, deformación, posición, etc. En su forma más elemental, se le conoce como una banda extensiómetrica, y está constituida por un hilo metálico muy fino en forma de parrilla montada sobre un soporte, de tal manera, que la mayor parte de su longitud sea paralela a una dirección fija.

Se entiende por strain o esfuerzo a la cantidad de deformación de un cuerpo debida a la fuerza aplicada sobre él.

El principio en el cual está basado los straingages de resistencia eléctrica, fue desarrollado por Lord Kelvin en 1856, quien aplicó carga de tensión a alambres de cobre y hierro y notó que se incrementaba sus resistencias con la deformación aplicada al alambre. Finalmente, Lord Kelvin empleó el puente de Wheastone para medir el cambio en la resistencia.

En este experimento clásico, él estableció tres vitales hechos los cuales han contribuído enormemente al desarrollo de los straingages de resistencia eléctrica:

1) La resistencia del alambre cambia como una función de la deformación2) Los materiales tienen diferentes sensibilidad3) El puente Wheatstone puede ser usado para medir el cambio de resistencia con gran

exactitud.

En la práctica, al obtener las mediciones de la deformación (Ɛ), también se calcula tanto el esfuerzo (σ), como el módulo de elasticidad (Ε) del material (Alumino), utilizando la Ley de Hooke y comparar (E) con el valor en tablas.

OBJETIVO

Conocer el procedimiento para medir la deformación en una solera de aluminio utilizando un straingage, así como usar el software MDsolids para su simulación y validez de resultados.

JUSTIFICACIÓN

La realización de esta práctica se llevó a cabo para poder observar como se determinan los

esfuerzos y deformaciones con la ayuda de los strain-gage, los cuales son unos instrumentos

pequeños diseñados para la obtención de estos datos y a partir de esto con la ayuda de el

programa MDsolids poder determinar la fuerza cortante, el momento flexionante, circulo de

Mohr, etc. Todos estos resultados son obtenidos vía experimentación, se aplica una cierta carga a

la orilla de nuestra solera de acero y con la ayuda del puente de Wheatstone.

Funcionamiento

Un medidor de deformación se aprovecha de la propiedad física de la conductancia eléctrica y su

dependencia de la geometría del conductor. Cuando un conductor eléctrico se estira dentro de los

límites de su elasticidad tal que no se rompa o deforme permanentemente, se convertirá cambios

estrecho y más largo, que aumentan su resistencia eléctrica de extremo a extremo. A la inversa,

cuando un conductor se comprime de tal manera que no se tuerce, ampliará y acortar, los cambios

que disminuyen su resistencia eléctrica de extremo a extremo. De la medida de resistencia

eléctrica del medidor de deformación, la cantidad aplicada de estrés puede ser inferido. Un

medidor de deformación típica organiza una tira larga y delgada conductora en un patrón en zig-

zag de líneas paralelas de tal manera que una pequeña cantidad de tensión en la dirección de la

orientación de los resultados de líneas paralelas en un multiplicativamente mayor tensión sobre la

longitud efectiva del conductor y por lo tanto un cambio en la resistencia multiplicativamente

mayor de lo que se observaría con una sola línea recta hilo conductor. Los medidores de

deformación miden sólo deformaciones locales y se puede fabricar suficientemente pequeño para

permitir un "elemento finito" como el análisis de las tensiones a las que está sujeta la

muestra. Esto puede ser positivamente utilizado en estudios de fatiga de materiales.

Deformación (strain) Esfuerzo (stress)

Strain gage: consiste de alambres delgados con resistencia y tiene un factor de galga de

2.1 (datos del fabricante).

Donde ρ = resistividad del material, l = largo y S = área transversal.

R después de la deformación:

Dado que el volumen del alambre debe seguir siendo el mismo

Osea que

MATERIAL Y EQUIPO

Maquina Universal Barra acero (30cmx2.5cmx5mm)

Diúrex Lijas (entre 300, 400 y 600) Micrómetro Vidrio de 10x10cm Strain gage Puente (2) Pegamento (cola loka) Acondicionador Neutralizador Catalizador Puente de Wheatstone Pesas Papel higiénico Alcohol Soporte Cautín Soldadura Pasta Multímetro

PROCEDIMIENTO

Primero se tomaron las medidas del soporte, esto para hacer el barreno en ambos extremos; uno para el ajuste en el soporte y el otro para la colocación de las pesas.

Del centro del barreno (del extremo donde se a ajustar al soporte) se miden 3cm; este espacio tiene que ser lijado hasta tener un acabado espejo, o lo más cercano a esto, de tal manera que se eliminen rugosidades. Es importante ir quitando el polvo, utilizando el papel higiénico y hacerlo en un solo sentido.

Posteriormente se hizo el trazo con grafito de los ejes de posicionamiento de la banda, en donde se va a colocar el extensómetro. Seguido de esto, se cubre el grafito con acondicionador por 30 segundos, inmediatamente después se limpia con papel higiénico en un solo sentido. Después, se humedece la superficie con el neutralizador por 45 segundos, de igual manera, pasado ese tiempo, se limpia.

Luego de que se limpia el cristal con alcohol, utilizando las pinzas, se coloca el straingage en el vidrio y también los 2 puentes, de tal manera que estos queden alineados. Ahora, haciendo contacto con el diúrex, pegar tanto el extensómetro como los puentes y una vez que estén adheridos, colocarlos en la solera, posicionando el strain con los ejes que anteriormente se marcaron en la solera. Guiarse con los ejes coordenados del straingage, ya que el conjunto debe quedar bien alineado. Terminado el posicionamiento, apretar un extremo del diúrex para que esté firmemente inmovilizado sobre la pieza.

En seguida, se alza el diúrex de izquierda a derecha, a un ángulo aproximado de 45º y dejando un espacio de aproximadamente 1 cm después del straingage.

Es el momento en que se aplica primero el catalizador, directamente tanto en los puentes como en el extensómetro y luego se aplica el pegamento sobre la solera, cubriendo el área donde va a hacer contacto el straingage y los puentes, y con un pedazo de papel higiénico, pasarlo sobre el diúrex, haciendo presión lenta, pero firmemente en un solo movimiento. Se debe de hacer una presión firme con los dedos cuando se desliza el papel higiénico sobre el diúrex, dado que se necesita una capa de adhesivo uniforme para obtener óptimas prestaciones de pegado.

Inmediatamente después, se aplica una presión con el dedo pulgar encima del diúrex durante 1 minuto.

Los puentes y el extensómetro se encuentran firmemente pegados en su sitio. Para soltar la cinta, volverla directamente sobre sí misma despegándola lenta y firmemente de la superficie.

Ahora, se suelda un extremo del strain gage al puente y este a su vez a un cable, del otro lado se hace lo mismo, solo que van soldados dos cables.

Finalmente se procede a realizar la medición, para esto utilizamos el puente de Wheatstone a un cuarto de puente.Donde las conexiones son:

o 1 cable a Do Otro a P (indica tensión)o Otros a S (indica compresión)

El cable que va conectado a D es en 120Ω, ya que este valor está dado por las características* del strain gage.

Una vez que ya se tienen las conexiones del puente de Wheatstone junto con el ajuste de sensibilidad, ahora se le empieza a colgar de una en una pesa en el otro extremo y se anota la medición; cuando se termina de colgar la primer pesa, se mueve la aguja del indicador, para tomar la medición se mueve la perilla hasta que esta llegue a cero nuevamente y en la parte inferior muestra la medición; hacer esto para las siguientes mediciones.

RESULTADOS

VIGA EQUIPO 4 (NUESTRO) - ACERO

Masa F (N) ε (µ) σ E112.2 g 1.100682 22 14,617.29084Pa 189220Pa227.2 g 2.228832 51 26,153.51Pa 194020Pa339.9 g 3.334419 73 38,317.93Pa 199756Pa440.1 g 4.317381 100 50,530.10 Pa 201000Pa560.5 g 5.498505 122 64,356.12Pa 209908Pa

VIGA EQUIPO 2 - LATON

Masa F (N) ε (µ) σ Ec 1.831 39 14,617.29084Pa 89330Pa

348.9 g 3.448832 79 26,153.51Pa 94080Pa517.46 g 5.424419 110 38,317.93Pa 99224Pa700.23 g 6.794514 189 64,356.12Pa 109978Pa

VIGA EQUIPO 6 – ACERO

Masa F (N) ε (µ) σ Ec 1.831 39 14,617.29084Pa 150330Pa

348.9 g 3.448832 79 26,153.51Pa 184080Pa517.46 g 5.424419 110 38,317.93Pa 1919224Pa700.23 g 6.794514 189 64,356.12Pa 199978Pa

Donde:E =σε

σ = FA

A= 8.0645 x -5m2 F= mg

Con los resultados obtenidos, pudimos comprobar prácticamente el Módulo de Elasticidad el Aluminio, ya que en tablas el valor es de 70GPa, mientras que nuestro último resultado fue de 71.44GPa.

MDsolids (SIMULACION)

CONCLUSIONES

Mediante el MDsolids demostramos la fuerza cortante que actúa en nuestra viga, el momento flexionante, el diagrama de cómo se dobló nuestra viga al aplicar cargas de distintas masas.

Se llegó al objetivo planteado al inicio de la práctica de conocer el procedimiento que se lleva a cabo para la determinación de esfuerzos y deformación en nuestro material utilizando los strain-gage como instrumento de medición de los mismos.

También, se pudo comprobar prácticamente el valor del Módulo de Elasticidad de nuestro acero el cual es una poco más resistente que el del equipo 6.

BIBLIOGRAFÍAS

Mecánica de materiales, R. C. Hibbeler , Pearson Educación, 2006 - 876 páginas

Mecánica de materiales,   James   M.  Gere , Thomson, 2008 - 940 páginas