Analisis de cargas de impacto

Análisis de carga de impacto

Propiedades de impacto: Una fuerza externa aplicada a una estructura o una parte se llama carga de impacto si el tiempo de aplicación es menor que un tercio del periodo natural de vibración mínimo de la parte o la estructura. De otro modo se llama simplemente carga estática.
En las pruebas de barras con muesca de Charpy (muy usados) e Izod (utilizados muy pocasveces) se emplean barras con geometrías específicas para determinar la fragilidad y la resistencia al impacto. Estas pruebas son útiles para comparar varios materiales y determinar la fragilidad a baja temperatura. En ambas pruebas la pieza golpea con un péndulo que se suelta desde una altura fija, y la energía absorbida por la pieza, llamada “valor de impacto”, puede calcularse a partir de laaltura de giro después de la fractura, pero se lee en una carátula, que, en esencia, calcula el resultado. En la figura 2.1 se presenta el efecto de temperatura sobre los valores de impacto de un material que presenta una transición de dúctil a frágil, la cual no todos los materiales presentan. Se observa que la región angosta de las temperaturas críticas donde el valor de impacto se incrementa muyrápido. En la región de baja temperatura la fractura aparece como frágil, de tipo astillante, mientras que la apariencia es tenaz, de tipo desgarrante por encima de la región de temperatura crítica, la que parece que depende del material y la geometría de la muesca. Por esta razón, los diseñadores no deben basarse sólo en los resultados de los ensayos de barras con muesca.
La rapidez promedio dedeformación unitaria que se utiliza para obtener el diagrama esfuerzo-deformación unitaria es aproximadamente 0.001in/s o menor. Cuando la rapidez de deformación unitaria se incrementa, como sucede en las condiciones de impacto, las resistencias aumentan, como se muestra en la figura 2.2. De hecho, a velocidades de deformación unitaria muy altas, la resistencia a la fluencia parece aproximarse a laresistencia última como límite. Sin embargo, observe que la elongación de las curvas muestra poco cambio. Esto significa que la ductilidad permanece más o menos igual. Asimismo, en vista del gran incremento en la resistencia a la fluencia, se podría esperar que un acero dulce se comportara en forma elástica, a través de todo el intervalo de su longitud, bajo condiciones de impacto.
(fig. 2.1)(fig.2.2)



Los ensayos de Charpy e Izod proporcionan datos de la tenacidad bajo condiciones dinámicas, en vez de estáticas. Es casi seguro que los datos de impacto que se obtienen a partir de ensayos sean tan dependientes de la geometría de la muesca como de la rapidez de deformación unitaria.

Ensayo de Charpy:

La primera opinión que se tiene al observar el péndulo de Charpy,es que se trata de una máquina de ensayo muy simple desde el punto de vista mecánico. Sin embargo, a pesar de esa sencillez mecánica, con este instrumento se pueden diseñar varias pruebas de impacto donde se demuestra de forma rápida y didáctica, la influencia que tienen determinados factores en el comportamiento mecánico de los materiales.
A través del ensayo se puede conocer el comportamientoque tienen los materiales al impacto, y consiste en golpear mediante una masa una probeta que se sitúa en el soporte S en la figura 2.3. La masa M, la cual se encuentra acoplada al extremo del péndulo de longitud L, se deja caer desde una altura H, mediante la cual se controla la velocidad de aplicación de la carga en el momento de impacto.


(fig. 2.3)
La energía absorbida Eα por la probeta,para producir su fractura, se determina a través de la diferencia de energía potencial del péndulo antes y después del impacto. Una vez conocido el ángulo inicial de aplicación de la carga (α) y el ángulo final (β) al que se eleva el péndulo después de la rotura completa de la probeta, se puede calcular la energía Eα mediante la expresión:
(α)] (ec.1)
Donde g representa la aceleración...