Probeta de tensión compacta

Una probeta de tracción compacta ( CT ) es un tipo de probeta estándar con muesca, de acuerdo con las normas ASTM ^{[ 1 ]} e ISO ^{[ 2 ]} . Las probetas de tracción compacta se utilizan ampliamente en el campo de la mecánica de la fractura y los ensayos de corrosión , con el fin de establecer datos de tenacidad a la fractura y propagación de grietas por fatiga para un material.

El propósito de utilizar una muestra con muesca es crear una grieta por fatiga aplicando carga cíclica a través de pasadores insertados en los orificios de la muestra mediante una máquina de ensayo de fatiga de laboratorio . La grieta por fatiga comenzará en la punta de la muesca y se extenderá a través de la muestra. La longitud de la grieta se suele controlar midiendo la compliancia de la probeta, que cambia a medida que crece la grieta, o mediante medición directa con un microscopio óptico para determinar la posición de la punta de la grieta, o indirectamente a partir de lecturas de un extensómetro en la abertura de la grieta o colocando galgas extensométricas en la cara posterior de la probeta. ^{[ 3 ]}

Según las normas, la dimensión limitante de la probeta es el espesor del material. Las probetas de tracción compactas se utilizan en experimentos donde hay escasez de material debido a su diseño compacto. Para materiales laminados, la muesca debe estar alineada con la dirección de laminación, donde el material es más débil. Esto permitirá al usuario asegurar que todos los resultados obtenidos sean conservadores (el peor caso).

factor de intensidad de estrés

El factor de intensidad de tensión en la punta de la grieta de una probeta de tracción compacta es ^{[ 4 ].}

K_{\rm {I}}={\frac {P}{B}}{\sqrt {\frac {\pi }{W}}}\left[16.7\left({\frac {a}{W}}\right)^{1/2}-104.7\left({\frac {a}{W}}\right)^{3/2}+369.9\left({\frac {a}{W}}\right)^{5/2}-573.8\left({\frac {a}{W}}\right)^{7/2}+360.5\left({\frac {a}{W}}\right)^{9/2}\right]

dónde $P$ es la carga aplicada, $B$ es el espesor de la muestra, $a$ es la longitud de la grieta y $W$ El ancho efectivo de la muestra es la distancia entre el eje central de los orificios y la cara posterior del cupón. La ecuación anterior se ha ajustado mediante cálculos numéricos para diversas geometrías de muestra.

Longitud de la grieta

La longitud de la grieta se suele medir indirectamente durante los ensayos, calculándola a partir de la compliancia de la probeta. Esta compliancia se puede determinar mediante un extensómetro de desplazamiento de apertura de la boca de la grieta (CMOD) o mediante mediciones de deformación en la cara posterior de la probeta.

Desplazamiento de la abertura de la boca de la grieta

La longitud de la grieta se puede determinar utilizando un medidor de desplazamiento acoplado a la boca de la muestra para medir los desplazamientos. $v$ utilizando la ecuación ^{[ 1 ]}

a/W=1.0010-4.6695{u_{x}}+18.460{u_{x}}^{2}-236.82{u_{x}}^{3}+1214.9{u_{x}}^{4}-2143.6{u_{x}}^{5}

u_{x}=\left\{\left[{\frac {EvB}{P}}\right]^{\frac {1}{2}}+1\right\}^{-1}

Esta ecuación es aplicable en el rango $0.2<a/W<0.95$ .

Distensión en la parte posterior de la cara

La longitud de la grieta se puede determinar utilizando la deformación de la cara posterior. $\varepsilon$ con la siguiente ecuación ^{[ 3 ]}

a/W=1,0033-2,35U+1,3694U^{2}-15,294U^{3}+63,182U^{4}-74,42U^{5}

dónde $U=1/({\sqrt {A}}+1)$ , $A=E(\varepsilon W)B/P$ y $E$ es el módulo de Young del material de la muestra. Esta ecuación es aplicable en el rango $0.2<a/W<0.95$ .

Diferencia de potencial eléctrico

La longitud de la grieta también se puede determinar a partir de mediciones de voltaje de la diferencia de potencial eléctrico (EPD) en puntos a cada lado de la boca de la ranura mecanizada en lados opuestos del cupón utilizando ^{[ 1 ].}

a/W=-0,5051+0,8857(V/V_{r})-0,1398(V/V_{r})^{2}+0,0002398(V/V_{r})^{3}

dónde $V$ es el voltaje EPD medido y $V_{r}$ es el voltaje de grieta de referencia correspondiente a $a/W=0.241$ en una muestra idéntica. Este método requiere que la corriente de excitación eléctrica se inyecte a lo largo de la línea de carga de la muestra. Esta ecuación es aplicable en el rango $0.24<a/W<0.7$ .

Referencias

1 2 3 ASTM E647-00 Método de prueba estándar para la medición de las tasas de crecimiento de grietas por fatiga . ASTM International, 2000.
↑ ISO 7539-6 Corrosión de metales y aleaciones - Ensayo de corrosión bajo tensión - Parte 6: Preparación y uso de probetas prefisuradas para ensayos bajo carga constante o desplazamiento constante . 2.ª ed. 2003.
1 2 Newman, JC; Yamada, Y.; James, MA (2011). "Relación de cumplimiento de deformación de la cara posterior para especímenes compactos para un amplio rango de longitudes de grieta" . Engineering Fracture Mechanics . 78 (15): 2707– 2711. doi : 10.1016/j.engfracmech.2011.07.001 .
↑ Bower, AF (2009). Mecánica aplicada de sólidos . CRC Press.

[astm-1] 1 2 3 ASTM E647-00 Método de prueba estándar para la medición de las tasas de crecimiento de grietas por fatiga . ASTM International, 2000.

[iso-2] ISO 7539-6 Corrosión de metales y aleaciones - Ensayo de corrosión bajo tensión - Parte 6: Preparación y uso de probetas prefisuradas para ensayos bajo carga constante o desplazamiento constante . 2.ª ed. 2003.

[newman11-3] 1 2 Newman, JC; Yamada, Y.; James, MA (2011). "Relación de cumplimiento de deformación de la cara posterior para especímenes compactos para un amplio rango de longitudes de grieta" . Engineering Fracture Mechanics . 78 (15): 2707– 2711. doi : 10.1016/j.engfracmech.2011.07.001 .

[bower-4] Bower, AF (2009). Mecánica aplicada de sólidos . CRC Press.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ].