ES2331042B1 - Dispositivo de fijacion mecanica de una probeta prismatica para ensayos mecanicos, metodo de utilizacion del mismo y usos. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de fijación mecánica de una probeta
prismática para ensayos mecánicos, método de utilización del mismo
y usos.
Se trata de un dispositivo de fijación mecánica
de una probeta prismática para ensayos mecánicos que se compone de
dos mecanismos que sujetan por ambos lados la probeta (7), donde
cada mecanismo se compone de dos bloques independientes (1 y 2),
siendo el segundo bloque (2) desplazable con relación al primero
(1), al menos dos varillas (3) y un cilindro (4) para ayudar a la
unión entre ambos bloques (1 y 2), un tornillo (5) para asegurar la
unión entre ambos bloques (1 y 2), y una placa adaptadora (6) que se
ajusta al segundo bloque (2) por medio de un pin o bulón (8).
Además, ambos bloques (1 y 2) poseen, en la superficie que quedará
hacia la probeta (7), un plano inclinado (9) que posee en cada
extremo un mecanizado en forma de cola de milano (10), de tal
manera que entre ambos mecanizados (10) la probeta (7) puede
amarrada.
Description
Dispositivo de fijación mecánica de una probeta
prismática para ensayos mecánicos, método de utilización del mismo y
usos.
La presente invención, según se expresa en el
enunciado de la presente memoria descriptiva, tiene por objeto
proporcionar un dispositivo de fijación mecánica de una probeta
prismática para ensayos mecánicos. Adicionalmente, la presente
invención tiene por objeto proporcionar un método de utilización de
dicho dispositivo y la aplicación concreta a los ensayos de
tenacidad en la línea de encolado, de tenacidad a fractura
interlaminar, de tenacidad en modo I, modo II y modo mixto
I-II.
La presente invención tiene aplicación en
cualquier sector de la industria en donde se requiera realizar
ensayos mecánicos en probetas prismáticas. En particular, fue
concebida para la industria aeronáutica, más precisamente para su
uso en ensayos de control de calidad de la preparación superficial
previa al encolado.
En cualquier sector de la industria donde se
requiera la realización de ensayos mecánicos en probetas
prismáticas se utilizan probetas que se componen de dos láminas o
semi-probetas, pegadas entre sí con un adhesivo, o
bien se utilizan probetas en una única pieza. Por lo tanto, se
puede decir que se trata de probetas prismáticas. Para el caso
concreto de los ensayos de tenacidad en la línea de encolado se
utilizan probetas compuestas por dos semi-probetas
y para el caso de los ensayos de tenacidad a fractura interlaminar
se utilizan probetas en una única pieza. Las probetas se componen
de un material compuesto de fibra continua, ensayándose la interfase
de dos capas contiguas, o un material que se ensaya en modo I
mediante e el ensayo usualmente conocido por sus siglas en inglés
DCB (Double Cantilever Beam), modo II mediante el ensayo
usualmente conocido por sus siglas en inglés ELS (End Load Split) y
modo mixto I-II mediante los ensayos usualmente
conocidos por sus siglas en inglés MMB (Mixed-Mode
Bending) y MMELS (Mixed-Mode End Load Split) [Ref:
Robinson, P., Hodgkinson, J.M., (2000). Mechanical Testing of
Advanced Fibre Composites. Capítulo: Interlaminar fracture
toughness. Páginas: 170-210. (ed.) Hodgkinson, J.M.
Woodhead Publishing: Cambridge (UK)].
Para la fijación mecánica de las probetas para
la realización de un ensayo mecánico, en la actualidad se cuenta
con dispositivos de fijación que requieren o bien utilizar un
adhesivo entre el dispositivo de fijación y la probeta, o bien
practicar muescas o mecanizados en la probeta.
Los dispositivos de fijación que se adhieren a
las probetas conllevan un proceso costoso en tiempo y en dinero de
preparación de la superficie de adherencia. Adicionalmente, la
reutilización de estos dispositivos conlleva tareas adicionales de
despegado y tratamiento o aplicación de un producto químico para
quitar remanentes de adhesivo.
Además, con estos tipos de dispositivos se
pueden producir desfases entre el dispositivo de fijación y la
probeta. Como ejemplos de dispositivos de fijación que se adhieren
a las probetas se puede citar aquellos que se conocen en el mercado
con el nombre de "bisagra".
Mientras, que los dispositivos de fijación de
probetas donde, para asegurar la fijación y evitar tratamientos
previos a la reutilización y desfases, se practican muescas o
mecanizados en las probetas, son difíciles de adaptar a diferentes
espesores de probetas y por consiguiente su fabricación resulta ser
costosa y su reutilización dificultosa. Además, las muescas o
mecanizados practicados en una probeta pueden alterar sus
propiedades físicas.
Por lo tanto, era deseable obtener un
dispositivo de fijación de una probeta que fuera sencillo de
montar, fácilmente reutilizable en probetas de cualquier espesor,
que evitara además el proceso de pegado y que mantuviera la
precisión del ensayo. Así, la presente invención pretende
solucionar estos inconvenientes y evitar este tipo de fijaciones
que conllevan una mecanización de las probetas o la utilización de
un adhesivo entre la probeta y el dispositivo de fija-
ción.
ción.
La presente invención tiene por objeto
proporcionar un dispositivo de fijación mecánica de una probeta
prismática para ensayos mecánicos que se compone de dos mecanismos
que sujetan por ambos lados la probeta, donde cada mecanismo se
compone a su vez de dos bloques independientes, donde el segundo
bloque se mueve con relación al primero. El dispositivo posee al
menos dos varillas y un cilindro para ayudar a la unión entre ambos
bloques, es decir para centrarlos y guiarlos. Por último, un
tornillo mantiene unidos ambos bloques, dicho tornillo se utiliza
también para mantener fijo cada mecanismo a una cara de una
probeta. Cada mecanismo se compone además de una placa adaptadora.
La fijación del tornillo se realiza por medio de un apriete
controlado por un destornillador dinamométrico. De esta manera se
obtiene un dispositivo de fácil montaje.
\global\parskip0.890000\baselineskip
La placa adaptadora se utiliza para ajustar el
dispositivo a una máquina de ensayos, externa al dispositivo. Para
ello cada placa adaptadora se ajusta al conjunto de ambos bloques
ya unidos por medio de un pin o bulón.
Además, cada bloque cuenta, en la cara que
quedará hacia la probeta, con un plano inclinado acabado en cada
extremo con un mecanizado forma de cola de milano, de tal manera
que entre ambos mecanizados la probeta quedará amarrada.
De esta manera, se consigue fijar la probeta por
sus laterales. Esta fijación, no altera sus propiedades a la hora
de aplicar la fuerza necesaria para llevar a cabo el ensayo.
Adicionalmente, un dispositivo como el descrito anteriormente es
fácil y rápidamente montable y desmontable y no requiere ningún
tipo de preparación previa para su utilización, ni para su
reutilización.
Para la realización de este tipo de ensayos, se
trabaja con probetas compuestas bien de dos semipaneles pegados,
bien de un bloque de material compuesto de fibra continua, de un
material isotrópico que se ensaye en modo I, o similares.
En una realización preferente, para probetas
compuestas en una única pieza se les practica una ranura o se
coloca un desmoldeante en la zona de iniciación de la grieta y para
probetas compuestas de dos semipaneles superpuestos y adheridos se
deja una primera zona sin adhesivo, para permitir el inicio del
ensayo. Luego, a lo largo del ensayo, esta grieta inicial se
prolongará como reacción a la fuerza ejercida, permitiendo
cuantificar la tenacidad del adhesivo, o la tenacidad a fractura
interlaminar, o la tenacidad en modo I, modo II y modo mixto
I-II, según sea el ensayo.
En una realización preferente, las probetas
deben ser de forma prismática, con un espesor de 3 mm \pm 0,2 mm,
un ancho de 25 mm \pm 1 mm y un largo de 250 mm \pm 5 mm. En
caso de utilizar probetas de espesor inferior, se deberá colocar
un suplemento.
Dos son las dimensiones importantes para este
dispositivo. El ángulo de incidencia del mecanizado en forma de cola
de milano y la altura del mismo. En una realización preferente, la
altura es de 1,3 mm, por lo que probetas de por lo menos 1,5 mm por
semipanel pueden ser utilizadas.
Adicionalmente, la presente invención describe
una modalidad preferente de utilización para el dispositivo de
fijación mecánica de una probeta prismática para ensayos mecánicos
descrito anteriormente que consiste en:
- -
- disponer una superficie plana para asegurar la perfecta alineación entre la probeta y ambos bloques;
- -
- fijar levemente el tornillo que une los bloques de uno de los mecanismos a la probeta;
- -
- en los ensayos que así lo requieran, fijar suavemente el tornillo de los bloques del segundo mecanismo a la probeta;
- -
- apretar con el destornillador dinamométrico el tornillo de ajuste entre los bloques en cada mecanismo. Así, las probetas quedarán sujetas por sus laterales evitando de esta manera la utilización de adhesivos. Cuando se fija el primer mecanismo a una de las superficies de la probeta, no debe hacerse con el máximo ajuste, primero deben estar colocados ambos mecanismos para luego aplicar el par de apriete definitivo;
- -
- en función del tipo de ensayo, amarrar una o las dos placas adaptadora a la máquina de ensayos de cada mecanismo, de manera tal que la tolerancia máxima de alineación entre ambas placas sea menor a 0,3 mm, lo cual derivará en una tolerancia máxima de alineación para los ejes centrales de las placas adaptadoras (6) inferior a 1,5 mm;
- -
- aplicar una fuerza al dispositivo de fijación, dicha fuerza es transmitida desde un sistema de carga, externo al dispositivo de fijación, que puede ser cualquiera de los existentes en el mercado y cuya protección no se solicita, a la placa adaptadora de cada mecanismo y a través de éstos a la probeta, para llevar a cabo el ensayo.
Por lo tanto, el dispositivo y el método de
utilización del mismo sirven tanto para ensayos que requieran fijar
la probeta de ambos lados por medio de dos mecanismos por lado,
como para los que requieran fijar a la probeta solo de un lado con
uno solo de los mecanismos.
Así, se consigue un dispositivo de fijación
mecánica de una probeta prismática para ensayos mecánicos que
permite ejercer la carga sobre el eje central de la probeta.
Para concluir, la presente invención describe
algunos de los usos más específicos del dispositivo de fijación
arriba descrito que puede ser aplicado a:
- a)
- ensayos de tenacidad a fractura interlaminar de material compuesto de fibra continua,
- b)
- ensayos de tenacidad en modo I, modo II y modo mixto I-II de materiales de base polimérica, y
- c)
- ensayos de tenacidad en la línea de encolado.
\global\parskip1.000000\baselineskip
Las ventajas más destacables del dispositivo y
método arriba descritos son:
- -
- que se trata de un dispositivo muy económico y sencillo en su construcción;
- -
- que permite su reutilización en sucesivos ensayos, sin importar el espesor de la probeta a ensayar y sin mayores operaciones previas;
- -
- que al aplicar la fuerza requerida para llevar a cabo el ensayo no permite que se produzcan desfases con la probeta;
- -
- que no requiere muescas o mecanizados en la probeta a ensayar, evitando alterar las propiedades de la misma.
\vskip1.000000\baselineskip
La presente invención será completamente
comprendida sobre la base de la breve descripción que figura a
continuación y de los dibujos acompañantes que se presentan,
solamente a modo de ejemplo y, de esta manera, no son restrictivos
dentro de la presente invención y donde:
la figura 1 muestra una vista en perspectiva de
uno de los mecanismos montado en una de las superficies de la
probeta
la figura 2 muestra una vista de ambos
mecanismos montados, pero sin la probeta,
la figura 3 muestra una vista lateral del
dispositivo montado en ambas superficies de la probeta, y
la figura 4 muestra una vista del corte
A-A de la figura 1.
\vskip1.000000\baselineskip
- 1:
- bloque fijo
- 2:
- bloque móvil
- 3:
- varillas
- 4:
- cilindro
- 5:
- tornillo
- 6:
- placa adaptadora a la máquina de ensayos
- 7:
- probeta
- 8:
- pin o bulón
- 9:
- plano inclinado
- 10:
- mecanizado en forma de cola de milano
\vskip1.000000\baselineskip
Con el objeto de llegar a una mejor comprensión
del objeto y funcionalidad de esta patente, y sin que se entienda
como soluciones restrictivas, así
la figura 3 muestra una vista lateral del
dispositivo montado en ambas superficies de una probeta (7) que se
compone de dos mecanismos que sujetan por ambos lados la probeta
(7), donde cada mecanismo se compone a su vez de dos bloques
independientes (1 y 2), donde el segundo bloque (2) se mueve con
relación al primero (1). El dispositivo posee al menos dos varillas
(3) y un cilindro (4) para ayudar a la unión de ambos bloques (1 y
2), es decir para centrarlos y guiarlos. Por último, un tornillo
(5) mantiene unidos ambos bloques (1 y 2), dicho tornillo (5) se
utiliza también para mantener fijo cada mecanismo a una de las
superficies de la probeta (7).
La fijación del tornillo (5) se realiza por
medio de un apriete controlado por medio de un destornillador
dinamométrico, de esta manera se obtiene un dispositivo de fácil
armado.
Adicionalmente, cada mecanismo posee una placa
adaptadora (6) que se utiliza para ajustar el dispositivo a una
máquina de ensayos. Cada placa adaptadora (6) se ajusta a cada par
de bloques (1 y 2) ya unidos por medio de un pin o bulón (8).
Además, cada bloque (1 y 2) cuenta, en la
superficie que quedará hacia la probeta (7), con un plano inclinado
(9) que posee en cada extremo un mecanizado en forma de cola de
milano (10), de tal manera que entre ambos mecanizados (10) la
probeta (7) quede amarrada.
Adicionalmente, la presente invención describe
un método de utilización del dispositivo de fijación mecánica de
una probeta prismática para ensayos mecánicos descrito
anteriormente que comprende:
- -
- disponer una superficie plana para asegurar la perfecta alineación entre la probeta (7) y ambos bloques (1 y 2);
- -
- fijar levemente el tornillo (5) que une los bloques (1 y 2) de uno de los mecanismos a la probeta (7);
- -
- fijar levemente el tornillo (5) que une los bloques (1 y 2) del segundo mecanismo a la probeta (7);
- -
- apretar con el destornillador dinamométrico el tornillo (5) de ajuste entre los bloques (1 y 2) en cada mecanismo. Las probetas (7) quedarán sujetas por sus laterales evitando de esta manera la utilización de adhesivos. Cuando se fija el primer mecanismo a una de las superficies de la probeta, no debe hacerse con el máximo ajuste, primero deben estar colocados ambos mecanismos para luego aplicar el par apriete definitivo.
- -
- amarrar la placa adaptadora (6) a la máquina de ensayos de cada mecanismo, de manera tal que la tolerancia máxima de alineación entre ambas sea menor a 0,3 mm, lo cual derivará en una tolerancia máxima de alineación para los ejes centrales de las placas adaptadoras (6) inferior a 1,5 mm;
- -
- aplicar una fuerza al dispositivo de fijación, dicha fuerza es transmitida desde un sistema de carga, externo al dispositivo de fijación, que puede ser cualquiera de los existentes en el mercado y cuya protección no se solicita, a la placa adaptadora (6) de cada mecanismo y a través de éste a la probeta (7), para llevar a cabo el ensayo.
Claims (5)
1. Un dispositivo de fijación mecánica de una
probeta prismática para ensayos mecánicos que se compone de dos
mecanismos que sujetan por ambos lados la probeta (7),
caracterizado porque cada mecanismo se compone de
- -
- dos bloques independientes (1 y 2), siendo el segundo bloque (2) desplazable con relación al primero (1),
- -
- al menos dos varillas (3) y un cilindro (4) para ayudar a la unión entre ambos bloques (1 y 2),
- -
- un tornillo (5) para asegurar la unión entre ambos bloques (1 y 2), y
- -
- una placa adaptadora (6) que se ajuste al bloque (2) por medio de un pin o bulón (8) y
en el que ambos bloques (1 y 2) poseen, en la
superficie que quedará hacia la probeta, un plano inclinado (9) que
posee en cada extremo un mecanizado en forma de cola de milano
(10), de tal manera que entre ambos mecanizados (10) la probeta (7)
quede amarrada.
2. Método de utilización del dispositivo de
fijación mecánica de una probeta prismática definido según la
reivindicación 1, caracterizado porque comprende:
- -
- disponer una superficie plana para asegurar la perfecta alineación entre la probeta (7) y ambos bloques (1 y 2);
- -
- fijar levemente el tornillo (5) que une los bloques (1 y 2) de uno de los mecanismos a la probeta (7);
- -
- fijar levemente el tornillo (5) que une los bloques (1 y 2) del segundo mecanismo a la probeta (7);
- -
- apretar el tornillo (5) de ajuste entre los bloques (1 y 2) en cada mecanismo;
- -
- amarrar por medio del pin o bulón (8) la placa adaptadora (6) de cada mecanismo;
- -
- aplicar una fuerza al dispositivo de fijación, dicha fuerza es transmitida desde un sistema de carga, externo al dispositivo de fijación, a la placa adaptadora (6) del dispositivo y a través de éste a la probeta (7).
3. Uso del dispositivo de fijación mecánica de
una probeta prismática para ensayos mecánicos definido según la
reivindicación 1 o 2, aplicado a ensayos de tenacidad a fractura
interlaminar de material compuesto de fibra continua.
4. Uso del dispositivo de fijación mecánica de
una probeta prismática para ensayos mecánicos definido según la
reivindicación 1 o 2, aplicado a ensayos de tenacidad en modo I de
materiales de base polimérica.
5. Uso del dispositivo de fijación mecánica de
una probeta prismática para ensayos mecánicos definido según la
reivindicación 1 o 2, aplicado a ensayos de tenacidad en la línea
de encolado.
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- 2008-09-25 US US12/232,871 patent/US8205506B2/en active Active
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2009
- 2009-02-13 WO PCT/ES2009/000086 patent/WO2009118431A1/es active Application Filing
Non-Patent Citations (4)
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Also Published As
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| US8205506B2 (en) | 2012-06-26 |
| US20090241682A1 (en) | 2009-10-01 |
| ES2331042A1 (es) | 2009-12-18 |
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