UNIVERSIDAD DE LA SERENA FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA

1. UNIVERSIDAD DE LA SERENA FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA ESTUDIO DEL ENSAYO DE TENSIÓN BIAXIAL BULGE TEST MEDIANTE EL MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Mecánico Andrés Patricio Aguirre Flores Nelson Antonio Valencia Muñoz

2. Índice • Introducción. • Objetivos. • Problemas asociados al ensayo. • Desarrollo del trabajo. • Conclusiones y recomendaciones.

3. Introducción Procesos de manufactura. Reseña del Bulge Test

4. Actualidad del ensayo de Bulge Test

5. Objetivos Objetivo general Estudiar el ensayo de tensión biaxial “Bulge Test”, en forma experimental y mediante simulación numérica, con el método de elementos finitos, considerando el comportamiento elastoplástico y grandes deformaciones del material.

6. Objetivos específicos • Revisar métodos de ensayo para caracterizar propiedades mecánicas de materiales, en particular el ensayo biaxial de tensiones “Bulge Test”. • Realizar la caracterización mecánica, mediante ensayo uniaxial. • Realizar el ensayo de Bulge Test experimentalmente. • Realizar la modelación numérica, tanto uniaxial como biaxial. • Realizar la comparación entre los resultados numéricos y experimentales

7. Metodología de trabajo Ensayo uniaxial • Seleccionar el material a analizar. • Caracterización uniaxial del material. • Simulación numérica del ensayo uniaxial. • Realizar la comparación experimental y numérica del ensayo uniaxial.

8. Ensayo biaxial bulge test • Realizar el ensayo experimental de Bulge Test – construcción máquina prototipo. • Simulación numérica del ensayo de Bulge Test • Realizar la comparación experimental y numérica del ensayo Bulge Test. • Estudio de resultados obtenidos. • Conclusiones y recomendaciones.

9. Problemas asociados al ensayo • Dificultad para el estudio de deformaciones biaxiales. • Alto grado de sofisticación equipos. • Es más representativo que el uniaxial. • Permite obtener mayores deformaciones • Estudia el comportamiento elasto-plástico con grandes deformaciones.

10. Ensayos de materiales • Ensayo de tracción y compresión • Ensayo de Doblado • Ensayo de torsión • Ensayos de dureza Permiten determinar los valores de resistencia, verificar las propiedades y establecer el comportamiento de aquellos materiales que se encuentren bajo la acción de las influencias externas.

11. Ensayo de tracción • Se rigió siguiendo las especificaciones de la norma ASTM E646-00. • Obtención del coeficiente (K) y exponente de endurecimiento por deformación (n).

12. CARACTERIZACIÓN DEL MATERIAL EMPLEADO • Material • Construcción de probetas • Un total de cuatro probetas fueron construidas. • Desarrollo del ensayo

13. Probeta fracturada Video del ensayo uniaxial

14. Curva obtenida

15. Resultados Esf. Fluencia: 147 MPa Esf. Ultimo: 243 MPa Esf. Ruptura : 225 MPa Elongación: 42% K= 502.49 MPa n=0,3351

16. Modelamiento numérico Geometría • Largo = 25 mm • Ancho = 6,25 mm • Espesor = 0,4 Condiciones de borde

17. Propiedades del material • Densidad: 7.870 E-06 MPa • Módulo de Young: 200 GPa • Radio de Poisson: 0,29 • Punto de Fluencia: 147 MPa • Deformación crítica en la Zona Plástica: 0,02183 • Exponente de Endurecimiento (n) : 0,3351 • Coeficiente de Resistencia (K): 502,49 MPa

18. Resultados numéricos Desplazamiento “X”

19. Gráfico variación dirección Y Numéricamente: 9,00 mm Experimentalmente: 9,1 mm

20. Gráfico variación de espesor Numéricamente: 0,57 mm Experimentalmente: 0,6 mm

21. Resultados numéricos Esfuerzo de Von Misses

22. Esfuerzo en probeta

23. Gráfico comparativo entre el esfuerzo experimental y el modelo numérico

24. CONSTRUCCIÓN MÁQUINA PROTOTIPO • Realizar experimentalmente el ensayo de tensión biaxial Bulge Test. • Obtener una visión práctica del comportamiento del material.

25. Animación del ensayo Bulge Test

26. Componentes • Base inferior • Cara posterior. • Vaciado de 133 mm • Radio 3 mm. • Orificio entrada fluido. • Patas de apoyo. • Base superior • Orificios pernos • Perforación delimitadora de deformación de 126 mm . • Radio de 3,5 mm

27. Línea hidráulica Manómetro Cilindro hidráulico Diámetro exterior: 45 mm. Longitud extendido: 775 mm. Recorrido émbolo: 375 mm.

28. Animación del montaje

29. Resultados experimentales ensayo “bulge test” • Se realizó en 5 ocasiones. • Se registró con 2 cámaras. • La altura se registró utilizando un pie de metro digital.

30. Video del ensayo experimental Bulge Test

31. Obtención de datos

32. Curvas obtenidas

33. Altura vs presión

34. Espesor

35. Altura

36. Consideraciones • Adelgazamiento • Desplazamiento • Desgarramiento Posición inicial Posición final

37. Punto a analizar 1

38. Desplazamiento “Y” Video del desplazamiento en el centro del domo

39. Gráfico desplazamiento en “Y”

40. Video del esfuerzo de Von Misses

41. Gráfico esfuerzo Von Misses

42. Comparación numérico y experimental Variación espesores

43. Variación altura del domo

44. Conclusiones • Se estudió y revisó los diferentes métodos para caracterizar las propiedades mecánicas de un material . • En el ensayo uniaxial se cumplió con el objetivo de obtener los coeficientes K y n. • Se logró construir una máquina prototipo para poder realizar el ensayo de Bulge Test. • Se obtuvieron datos suficientes para representar el comportamiento del material en el estado de tensión biaxial, tanto en la zona elástica como en una parte importante del rango plástico del material. • Se logró modelar el ensayo de Bulge Test numéricamente para validar los resultados obtenidos experimentalmente. • Se compararon los resultados experimentales con los numéricos. • Los resultados numéricos y experimentales son comparables, teniendo una buena aproximación. • Los método numéricos permite validar la parte experimental. • La parte experimental fue posible y se obtuvieron resultados aceptables pero con limitaciones, sin embargo, con mejores tecnologías se podrían obtener resultados mas relevantes.

45. Recomendación • Para el próximo estudio se recomienda modelar una sección de cañería sometida a presión para poder observar su comportamiento. • En el aspecto experimental, es necesario utilizar instrumentos de mayor precisión, además de un sistema que permita obtener los datos en tiempo real para obtener las curvas de esfuerzo – deformación. • La máquina prototipo debe contar con un sistema de sellado mejor que el expuesto en esta memoria, para lograr presiones mayores a las registradas aquí.

46. UNIVERSIDAD DE LA SERENA FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA ESTUDIO DEL ENSAYO DE TENSIÓN BIAXIAL BULGE TEST MEDIANTE EL MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Mecánico Andrés Patricio Aguirre Flores Nelson Antonio Valencia Muñoz