ES2390791B1 - Equipo para ensayo de materiales sometidos a fatiga termo-mecánica - Google Patents
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Abstract
Equipo para ensayo de materiales sometidos a fatiga termo-mecánica.#El equipo está destinado para someter a una probeta a ensayos combinados de tracción y compresión en ciclo continuo con variación de temperatura sobre la probeta.#Se caracteriza porque comprende una mordaza anterior (4) y una mordaza posterior (4?) en las que se fija la probeta (12) por sus tramos extremos, estando acopladas ambas mordazas en unos guiados fijos (20-20?) alineados en una misma dirección, conectando la mordaza anterior con un elemento de potencia con interposición de una célula de carga (5) para variar la tensión de la probeta en sentidos opuestos (tracción-compresión), mientras que la otra mordaza posterior (4?) conecta con un husillo (6) acoplado sobre un roscado fijo, a la vez que está asociado a una tuerca de regulación (7), estando la probeta (12) en contacto con una pieza de cobre (15) que recibe corriente eléctrica que varia la temperatura de la probeta.
Description
EQUIPO PARA ENSAYO DE MATERIALES SOMETIDOS A FATIGA TERMO-MECÁNICA OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención, según se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un equipo para ensayo de materiales sometidos a fatiga termo-mecánica que permite realizar ensayos en probetas sometidas a fatiga termo-mecánica.
De esta forma se puede estudiar el comportamiento de los materiales durante su ciclo de vida de manera rápida y fácil, pudiéndose elegir los materiales más adecuados para la vida en servicio según las solicitaciones previstas.
Así pues, el objetivo de la invención es garantizar el comportamiento del servicio de los materiales elegidos para unas condiciones de uso en las cuales se prevean ciclos
- térmicos
- y mecánicos actuando conjuntamente, en toda o en
- parte
- de su vida en servicio.
- ANTECEDENTES
- DE LA INVENCIÓN
En el campo de la ingeniería y en especial en la ciencia de los materiales, la fatiga de materiales se
refiere a un fenómeno por el cual la rotura de los materiales bajo cargas dinámicas cíclicas se produce ante cargas inferiores a las cargas estáticas que producirían la rotura.
Es un fenómeno muy importante, ya que es la primera causa de rotura de los materiales metálicos (aproximadamente el 90%), aunque también está presente en
polímeros (plásticos, composites, etc.), y en cerámicas.
Aunque es un fenómeno que, sin definición formal, era conocido desde hace mucho tiempo, este comportamiento no fue de interés real hasta la revolución industrial, cuando, a mediados del siglo XIX comenzaron a producirse roturas en los ejes de las ruedas de los trenes, que pugnaban, por el aquel entonces, por imponerse como medio de locomoción.
Hacia 1845, Rankine demostró que la reducción de las contracciones de tensiones alargaba la vida del eje. Posteriormente, hacia 1860 Wohler desarrolló diversas máquinas de ensayo para el estudio sistemático del fenómeno.
Ya en el siglo XX, Humfrei y Ewing observaron que, bajo cargas dinámicas, aparecían deformaciones por deslizamientos similares a las obtenidas en el caso estático, de modo que el progreso de dichas líneas era el que conducía a la rotura.
Posteriormente se desarrolló el estudio de la fatiga térmica, la cual se induce normalmente a temperaturas elevadas debido a tensiones térmicas fluctuantes, no siendo necesario que estén presentes tensiones mecánicas de origen externo, aunque éstas potencien su efecto perjudicial y en gran parte de los casos actúan conjuntamente.
Para estudiar la combinación de ambas es por tanto necesario desarrollar una mordaza de propósito específico, dado que no se encuentra nada susceptible de adoptar en el mercado.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
El equipo para ensayo de materiales sometidos a fatiga termo-mecánica permite la realización de ensayos de fatiga termo-mecánica para obtener el comportamiento de los materiales al someter a una probeta a ciclos combinados a fatiga térmica y mecánica hasta alcanzar la rotura de dicha probeta.
Se caracteriza porque comprende una mordaza anterior y una mordaza posterior en las que se fija una probeta a ensayar por sus extremos, estando acopladas ambas mordazas en unos guiados fijos alineados en una misma dirección, conectando la mordaza anterior con un elemento de potencia con interposición de una célula de carga para variar la tensión de la probeta en sentidos opuestos (tracción-compresión) .
- En cambio, la otra mordaza posterior pareja conecta
- con un husillo acoplado sobre un roscado fijo, a la vez que
- tal husillo está asociado a una tuerca de regulación,
- estando la probeta en contacto con una pieza de cobre que
- 5
- recibe corriente eléctrica que varia la temperatura de la
- probeta. Mediante la tuerca de regulación se consigue
- regular la distancia entre las mordazas dependiendo de la
- longitud de la probeta a ensayar.
- Otra característica de la invención es que los guiados
- 10
- fijos son solidarios a una plataforma superior a la cual se
- fija a su vez un soporte anterior en el que está fijado el
- elemento de potencia y un soporte posterior provisto del
- roscado fijo donde se acopla el husillo.
- También se caracteriza la invención porque la probeta
- 15
- se fija por sus tramos extremos a ambas mordazas mediante
- unos tornillos.
- Otra característica de la invención es que las dos
- mordazas cuentan con unos caj eados donde se ajustan las
- piezas de cobre por uno de sus tramos extremos.
- 2O
- También se caracteriza la invención porque las
- mordazas incorporan canales de refrigeración por los que se
- introduce un fluido de refrigeración, tal como por ejemplo
- aire comprimido.
- El equipo de la invención también se caracteriza
- 25
- porque las mordazas incorporan unas placas de aislamiento
- intercaladas en los apoyos de tales mordazas con respecto a
- otros cuerpos o piezas del equipo de la invención.
- Por último cabe señalar que el elemento de potencia
- que realiza el desplazamiento de la mordaza anterior y por
- 30
- tanto de la probeta comprende un cilindro hidráulico.
- A continuación para facilitar una mejor compresión de
- esta memoria descriptiva y formando parte integrante de la
- misma se acompañan unas figuras en las que con carácter
- ilustrativo y no limitativo se ha representado el objeto de
- 35
- la invención.
Figura 1.-Muestra una vista en perspectiva del equipo para ensayo de materiales sometidos a fatiga termo-mecánica, objeto de la invención.
Figura 2.-Muestra una vista en alzado del equipo de la invención. Figura 3.-Muestra una vista frontal de una parte del equipo de la invención. Figura 4.-Muestra una vista en perspectiva de una mordaza que forma parte del equipo de la invención.
Considerando la numeración adoptada en las figuras, el equipo para ensayo de materiales sometidos a fatiga termo-mecánica se determina a partir de una bancada 1 que cuenta con una plataforma superior 9, en uno de cuyos tramos extremos se fija un cilindro hidráulico 2 por mediación de
- un
- soporte anterior 10 enfrentado con otro soporte
- posterior
- 11 solidario también a la plataforma superior 9
- citada.
El vástago del cilindro hidráulico 2 cuenta con un roscado extremo 3 en el que se fija una mordaza anterior 4 con interposición de una célula de carga 5 intercalada entre tal mordaza anterior 4 y el roscado extremo 3 del vástago del cilindro hidráulico 2.
Sobre el soporte posterior 11 se acopla un husillo 6 alineado con el vástago del cilindro hidráulico 2 a la vez que a dicho husillo 6 se conecta una mordaza posterior 4' enfrentada y complementaria con la mordaza anterior 4, asociándose a dicho husillo 6 una tuerca de regulación 7 para permitir variar y fijar la distancia longitudinal entre ambas mordazas según el tamaño de una probeta 12 de un material para probar su resistencia.
Dicha probeta 12 se sujetará mediante ambas mordazas: anterior 4 y posterior 4', las cuales están acopladas en unas guías fijas 20-20' alineadas en una misma dirección y solidarias a la plataforma superior 9 de la bancada l.
El cilindro hidráulico 2, como es evidente, está conectado a una central hidráulica 8 dispuesta por debajo de la plataforma superior 9.
De esta manera, se consigue la acción mecánica dado que el cilindro 2 recibe fluido hidráulico y tensiona la probeta 12 hasta alcanzar un esfuerzo prefijado (medido en la célula de carga 5 intercalada), de manera que una vez obtenido este valor se puede mantener constante, bajarlo o aumentarlo pasado un tiempo prefijado gracias al control establecido en un autómata programable 13, en el cual se ajustan las cargas en función del tiempo.
Las mordazas 4-4' poseen una característica estructura que permite una firme sujeción de la probeta 12 gracias a unos tornillos de anclaje 14, fijándose tal probeta 12 contra unas piezas de cobre 15 ajustadas en unos cajeados superiores 16 de las mordazas 4-4', haciendo pasar por tales piezas de cobre 15 una corriente de elevada intensidad obtenida de una fuente de alimentación no representada en las figuras.
De esta manera, se logra aumentar la temperatura de una manera muy rápida sobre la probeta 12, pues ésta posee una sección muy pequeña para la intensidad que circula por ella, garantizando el aumento de temperatura gracias a la Ley de Joule.
Todo ello comandado desde el autómata programable 13 en el cual se introducen los valores de intensidad y tiempo según necesidades. El control exacto de la temperatura se realiza con un termómetro que controla el proceso de manera precisa según programación prevista.
- Para
- aumentar la velocidad de enfriamiento de la
- probeta
- cuando sea necesario se dispone un sistema de
- enfriamiento
- rápido, consiguiendo de esta manera que se
- aumente
- la velocidad de enfriamiento acortando el tiempo de
- estudio.
Para ello se dotan a las mordazas 4-4' de unos canales de refrigeración 17 por los cuales circula aire proveniente
de una red de aire comprimido. El caudal de este fluido de aire se regula con un estrangulador 18 para proporcionar más o menos caudal de aire y mediante una electroválvula que permite su accionamiento cuando sea necesario según la
5 programación introducida en el autómata programable 13.
Asimismo, las mordazas 4-4' se encuentran aisladas de los apoyos por placas de aislamiento 19 que impiden la transmisión térmica para evitar pérdidas por conducción a otras partes del equipo de la invención que pudieran
10 acelerar el proceso de enfriamiento de forma no controlada.
Claims (6)
- 1.-EQUIPO PARA ENSAYO DE MATERIALES SOMETIDOS A FATIGA TERMO-MECÁNICA, que estando destinado para someter a una probeta a ensayos combinados de tracción y compresión
- en
- ciclo continuo con variación de temperatura sobre la
- probeta,
- se caracteriza porque comprende una mordaza
- anterior
- (4) y una mordaza posterior ( 4 1 ) en 1 as que se
fija probeta (12) por sus tramos extremos, estando acopladas ambas mordazas (4-4 1 ) en unos guiados fijos (20-1 ) alineados en una misma dirección, conectando la mordaza anterior ( 4) con un elemento de potencia con interposición de una célula de carga (5) para variar la tensión de la probeta (12) en sentidos opuestos (tracción-compresión), mientras que la otra mordaza posterior (4 1 ) conecta con un husillo (6) acoplado sobre un roscado fijo, a la vez que está asociado dicho husillo (6) a una tuerca de regulación (7), estando la probeta (12) en contacto con unas piezas de cobre (15) que reciben corriente eléctrica que varia la temperatura de la probeta (12). - 2.-EQUIPO PARA ENSAYO DE MATERIALES SOMETIDOS A FATIGA TERMO-MECÁNICA, según la reivindicación 1, caracterizado porque los guiados fijos (20-20 1 ), son solidarios a una plataforma superior (9), a la cual se fijan a su vez un soporte anterior (1O) en el que está fijado el elemento de potencia y un soporte posterior (11) provisto del roscado fijo donde se aplica el husillo (5).
- 3.-EQUIPO PARA ENSAYO DE MATERIALES SOMETIDOS A FATIGA TERMO-MECÁNICA, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la probeta (12) se fija a las mordazas (4-4 1 ) mediante unos tornillos (14).
- 4.-EQUIPO PARA ENSAYO DE MATERIALES SOMETIDOS A FATIGA TERMO-MECÁNICA, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las mordazas (4-4 1 ) cuentan con unos cajeados (16) donde seajustan las piezas de cobre (15) por unos tramos extremosde las mismas.
- 5.-EQUIPO PARA ENSAYO DE MATERIALES SOMETIDOS A FATIGA TERMO-MECÁNICA, según una cualquiera de las 5 reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las mordazas (4-4 1 ) incorporan unos canales de refrigeración(17) por los que se introduce un fluido de refrigeración. 6.-EQUIPO PARA ENSAYO DE MATERIALES SOMETIDOS AFATIGA TERMO-MECÁNICA, según la reivindicación 5, 10 caracterizado porque el fluido que se introduce por loscanales de refrigeración es aire comprimido.
- 7.-EQUIPO PARA ENSAYO DE MATERIALES SOMETIDOS A FATIGA TERMO-MECÁNICA, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las15 mordazas (4-4 1 ) incorporan unas placas de aislamiento (19) intercaladas en los apoyos de tales mordazas (4-4 1 ) con respecto a otras piezas y cuerpos del equipo. 8.-EQUIPO PARA ENSAYO DE MATERIALES SOMETIDOS A FATIGA TERMO-MECÁNICA, según una cualquiera de las20 reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el elemento de potencia que realiza el desplazamiento de la mordaza anterior (4) comprende un cilindro hidráulico (2)
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