Ensayo de probetas

ANALES DE MECÁNICA DE LA FRACTURA

Vol. 20

(2003)

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ANÁLISIS EXPERIMENTAL Y NUMÉRICO DEL ENSAYO DE TRACCIÓN USANDO PROBETAS PLANAS DE ALUMINIO 7075 T7351 Eduardo Cabezas*, Diego Celentano*, Alberto Monsalve** y Alfredo Artigas**
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Departamento de Ingeniería Mecánica Departamento de Ingeniería Metalúrgica Universidad de Santiago – CHILE e-mail: amonsalv@lauca.usach.clResumen. En este trabajo se propone analizar experimental y numéricamente el comportamiento mecánico de la aleación de aluminio 7075 T7351 en el ensayo de tracción usando probetas planas. Para tal fin se llevaron a cabo un conjunto de experimentos y se ha simulado en forma tridimensional el proceso de deformación durante el ensayo por medio de una formulación elastoplástica de grandes deformacionesdiscretizada en el contexto del método de elementos finitos. Se presenta la validación experimental de los resultados numéricos obtenidos comparando curvas de tensión-deformación y relaciones de estricción en función del alargamiento. Abstract. In this work an experimental and numerical study of the mechanical behaviour of the 7075 T7351 aluminium alloy in the tensile test using flat samples isproposed. For this purpose a set of experiences were carried out and a three-dimensional simulation of the deformation process during the test by means of an elastoplastic formulation of large deformations, discretised in the finite element method context was carried out. The experimental validation of the numerical results is presented comparing stress-strain curves and necking relationships as afunction of the elongation.

1. INTRODUCCIÓN En este trabajo se describe la caracterización experimental y numérica del comportamiento mecánico de la aleación de aluminio 7075 T7351 muy utilizada en la industria aeronáutica [1]. Para tal fin se realizaron una serie de ensayos de tracción en probetas planas a velocidad de celda (cruceta) constante de acuerdo con la norma ASTM E-646 [2]. Además, se hasimulado el proceso de deformación que tiene lugar en dicho ensayo hasta la fractura del material. Es bien sabido que la interpretación de las mediciones que surgen de este ensayo, las cuales permiten caracterizar el comportamiento mecánico del material, es dificultosa debido al desarrollo de una zona de estricción o cuello que se produce para altos niveles de alargamiento [3,4,5]. Otro aspecto quecomplica dicho análisis es la forma geométrica de la probeta ya que de ella dependen fuertemente los estados de tensiones que se generan en la zona del cuello. Por lo tanto, es importante tener en cuenta estos efectos para una adecuada caracterización experimental y numérica del comportamiento mecánico del material. Debe destacarse que el presente análisis es una extensión para el caso deprobetas planas de la metodología descrita y validada satisfactoriamente en [6] para probetas cilíndricas. De manera análoga, los resultados numéricos obtenidos en el presente trabajo se validan con las correspondientes mediciones experimentales.

2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL El procedimiento experimental adoptado en este trabajo para la caracterización del comportamiento mecánico de un materialconsistió en los siguientes pasos: 1) Selección del material y las probetas a ensayar. El material elegido para el ensayo fue la aleación de aluminio 7075 T7351 considerando, de acuerdo a la norma ASTM E-646, probetas planas de 12.5 mm y 6 mm de ancho y espesor respectivamente; ver Figura 1. Las marcas “+” indican la distancia extensométrica inicial (50 mm). Según la norma ASTM, la formación del cuelloy posterior fractura debe ocurrir dentro del tercio medio de la distancia extensométrica. Para lograr este efecto, se realiza una variación gradual del ancho de la probeta a lo largo de dicha distancia de tal manera de tener una pendiente gradual de los extremos hacia el centro dentro de un rango de 1 % permitido por la norma ASTM.

Figura 1. Análisis de una probeta plana de tracción:...