ES2390791B1 - EQUIPMENT FOR TESTING MATERIALS SUBJECT TO THERMAL-MECHANICAL FATIGUE - Google Patents
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Abstract
Equipo para ensayo de materiales sometidos a fatiga termo-mecánica.#El equipo está destinado para someter a una probeta a ensayos combinados de tracción y compresión en ciclo continuo con variación de temperatura sobre la probeta.#Se caracteriza porque comprende una mordaza anterior (4) y una mordaza posterior (4?) en las que se fija la probeta (12) por sus tramos extremos, estando acopladas ambas mordazas en unos guiados fijos (20-20?) alineados en una misma dirección, conectando la mordaza anterior con un elemento de potencia con interposición de una célula de carga (5) para variar la tensión de la probeta en sentidos opuestos (tracción-compresión), mientras que la otra mordaza posterior (4?) conecta con un husillo (6) acoplado sobre un roscado fijo, a la vez que está asociado a una tuerca de regulación (7), estando la probeta (12) en contacto con una pieza de cobre (15) que recibe corriente eléctrica que varia la temperatura de la probeta.Equipment for testing materials subjected to thermo-mechanical fatigue. # The equipment is intended to subject a test tube to combined tests of traction and compression in continuous cycle with temperature variation on the test tube. # It is characterized in that it comprises an anterior jaw (4 ) and a rear jaw (4?) in which the specimen (12) is fixed by its end sections, both jaws being coupled in fixed guides (20-20?) aligned in the same direction, connecting the previous jaw with a power element with interposition of a load cell (5) to vary the tension of the specimen in opposite directions (tension-compression), while the other rear jaw (4?) connects with a spindle (6) coupled on a threaded fixed, while it is associated with a regulating nut (7), the test piece (12) being in contact with a piece of copper (15) that receives electric current that varies the temperature of the test piece.
Description
EQUIPO PARA ENSAYO DE MATERIALES SOMETIDOS A FATIGA TERMO-MECÁNICA OBJETO DE LA INVENCIÓN EQUIPMENT FOR TESTING MATERIALS SUBJECT TO THERMAL-MECHANICAL FATIGUE OBJECT OF THE INVENTION
La presente invención, según se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un equipo para ensayo de materiales sometidos a fatiga termo-mecánica que permite realizar ensayos en probetas sometidas a fatiga termo-mecánica. The present invention, as expressed in the statement of this specification, refers to an equipment for testing materials subjected to thermo-mechanical fatigue that allows tests on test pieces subjected to thermo-mechanical fatigue.
De esta forma se puede estudiar el comportamiento de los materiales durante su ciclo de vida de manera rápida y fácil, pudiéndose elegir los materiales más adecuados para la vida en servicio según las solicitaciones previstas. In this way you can study the behavior of materials during their life cycle quickly and easily, being able to choose the most suitable materials for life in service according to the planned solicitations.
Así pues, el objetivo de la invención es garantizar el comportamiento del servicio de los materiales elegidos para unas condiciones de uso en las cuales se prevean ciclos Thus, the objective of the invention is to guarantee the service behavior of the materials chosen for conditions of use in which cycles are foreseen.
- térmicos thermal
- y mecánicos actuando conjuntamente, en toda o en Y mechanics acting jointly, in all or in
- parte part
- de su vida en servicio. from its lifetime in service.
- ANTECEDENTES BACKGROUND
- DE LA INVENCIÓN FROM THE INVENTION
En el campo de la ingeniería y en especial en la ciencia de los materiales, la fatiga de materiales se In the field of engineering and especially in the science of materials, material fatigue is
refiere a un fenómeno por el cual la rotura de los materiales bajo cargas dinámicas cíclicas se produce ante cargas inferiores a las cargas estáticas que producirían la rotura. It refers to a phenomenon whereby the breakage of materials under dynamic cyclic loads occurs before loads lower than the static charges that would cause the breakage.
Es un fenómeno muy importante, ya que es la primera causa de rotura de los materiales metálicos (aproximadamente el 90%), aunque también está presente en It is a very important phenomenon, since it is the first cause of breakage of metallic materials (approximately 90%), although it is also present in
polímeros (plásticos, composites, etc.), y en cerámicas. polymers (plastics, composites, etc.), and in ceramics.
Aunque es un fenómeno que, sin definición formal, era conocido desde hace mucho tiempo, este comportamiento no fue de interés real hasta la revolución industrial, cuando, a mediados del siglo XIX comenzaron a producirse roturas en los ejes de las ruedas de los trenes, que pugnaban, por el aquel entonces, por imponerse como medio de locomoción. Although it is a phenomenon that, without formal definition, was known for a long time, this behavior was not of real interest until the industrial revolution, when, in the mid-nineteenth century, breaks in the axles of the wheels of the trains began to occur, who struggled, at that time, to prevail as a means of locomotion.
Hacia 1845, Rankine demostró que la reducción de las contracciones de tensiones alargaba la vida del eje. Posteriormente, hacia 1860 Wohler desarrolló diversas máquinas de ensayo para el estudio sistemático del fenómeno. By 1845, Rankine showed that reducing stress contractions extended the life of the shaft. Later, around 1860 Wohler developed several test machines for the systematic study of the phenomenon.
Ya en el siglo XX, Humfrei y Ewing observaron que, bajo cargas dinámicas, aparecían deformaciones por deslizamientos similares a las obtenidas en el caso estático, de modo que el progreso de dichas líneas era el que conducía a la rotura. Already in the twentieth century, Humfrei and Ewing observed that, under dynamic loads, deformations due to landslides appeared similar to those obtained in the static case, so that the progress of these lines was what led to the breakage.
Posteriormente se desarrolló el estudio de la fatiga térmica, la cual se induce normalmente a temperaturas elevadas debido a tensiones térmicas fluctuantes, no siendo necesario que estén presentes tensiones mecánicas de origen externo, aunque éstas potencien su efecto perjudicial y en gran parte de los casos actúan conjuntamente. Subsequently, the study of thermal fatigue was developed, which is normally induced at elevated temperatures due to fluctuating thermal stresses, it being not necessary that mechanical stresses of external origin be present, although these potentiate their damaging effect and in most cases they act jointly.
Para estudiar la combinación de ambas es por tanto necesario desarrollar una mordaza de propósito específico, dado que no se encuentra nada susceptible de adoptar en el mercado. To study the combination of both, it is therefore necessary to develop a specific purpose gag, since nothing is likely to be adopted in the market.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN DESCRIPTION OF THE INVENTION
El equipo para ensayo de materiales sometidos a fatiga termo-mecánica permite la realización de ensayos de fatiga termo-mecánica para obtener el comportamiento de los materiales al someter a una probeta a ciclos combinados a fatiga térmica y mecánica hasta alcanzar la rotura de dicha probeta. The equipment for testing materials subjected to thermo-mechanical fatigue allows the performance of thermo-mechanical fatigue tests to obtain the behavior of the materials by subjecting a test tube to combined cycles of thermal and mechanical fatigue until the breaking of said test piece.
Se caracteriza porque comprende una mordaza anterior y una mordaza posterior en las que se fija una probeta a ensayar por sus extremos, estando acopladas ambas mordazas en unos guiados fijos alineados en una misma dirección, conectando la mordaza anterior con un elemento de potencia con interposición de una célula de carga para variar la tensión de la probeta en sentidos opuestos (tracción-compresión) .
It is characterized in that it comprises an anterior jaw and a posterior jaw in which a test piece to be tested is fixed at its ends, both jaws being coupled in fixed guides aligned in the same direction, connecting the anterior jaw with a power element with interposition of a load cell to vary the tension of the specimen in opposite directions (tension-compression).
- En cambio, la otra mordaza posterior pareja conecta Instead, the other rear couple gag connects
- con un husillo acoplado sobre un roscado fijo, a la vez que with a spindle coupled on a fixed thread, while
- tal husillo está asociado a una tuerca de regulación, such a spindle is associated with a regulating nut,
- estando la probeta en contacto con una pieza de cobre que the test piece being in contact with a piece of copper that
- 5 5
- recibe corriente eléctrica que varia la temperatura de la receives electrical current that varies the temperature of the
- probeta. Mediante la tuerca de regulación se consigue test tube. The adjustment nut is achieved
- regular la distancia entre las mordazas dependiendo de la regulate the distance between the jaws depending on the
- longitud de la probeta a ensayar. length of the test specimen.
- Otra característica de la invención es que los guiados Another feature of the invention is that the guided
- 10 10
- fijos son solidarios a una plataforma superior a la cual se fixed are solidary to a platform superior to which
- fija a su vez un soporte anterior en el que está fijado el in turn fixes a previous support on which the
- elemento de potencia y un soporte posterior provisto del power element and a rear support provided with
- roscado fijo donde se acopla el husillo. Fixed thread where the spindle is attached.
- También se caracteriza la invención porque la probeta The invention is also characterized because the test piece
- 15 fifteen
- se fija por sus tramos extremos a ambas mordazas mediante it is fixed by its extreme sections to both jaws by
- unos tornillos. some screws
- Otra característica de la invención es que las dos Another feature of the invention is that the two
- mordazas cuentan con unos caj eados donde se ajustan las jaws have drawers where the
- piezas de cobre por uno de sus tramos extremos. copper pieces by one of its extreme sections.
- 2O 2O
- También se caracteriza la invención porque las The invention is also characterized because the
- mordazas incorporan canales de refrigeración por los que se jaws incorporate cooling channels through which
- introduce un fluido de refrigeración, tal como por ejemplo introduces a cooling fluid, such as
- aire comprimido. compressed air.
- El equipo de la invención también se caracteriza The equipment of the invention is also characterized
- 25 25
- porque las mordazas incorporan unas placas de aislamiento because the jaws incorporate insulation plates
- intercaladas en los apoyos de tales mordazas con respecto a interspersed in the supports of such jaws with respect to
- otros cuerpos o piezas del equipo de la invención. other bodies or parts of the equipment of the invention.
- Por último cabe señalar que el elemento de potencia Finally it should be noted that the power element
- que realiza el desplazamiento de la mordaza anterior y por which performs the displacement of the anterior jaw and by
- 30 30
- tanto de la probeta comprende un cilindro hidráulico. Both of the specimen comprises a hydraulic cylinder.
- A continuación para facilitar una mejor compresión de Next to facilitate better compression of
- esta memoria descriptiva y formando parte integrante de la this descriptive report and forming an integral part of the
- misma se acompañan unas figuras en las que con carácter same are accompanied by some figures in which with character
- ilustrativo y no limitativo se ha representado el objeto de illustrative and not limiting the object of
- 35 35
- la invención. the invention.
Figura 1.-Muestra una vista en perspectiva del equipo para ensayo de materiales sometidos a fatiga termo-mecánica, objeto de la invención. Figure 1.- Shows a perspective view of the equipment for testing materials subjected to thermo-mechanical fatigue, object of the invention.
Figura 2.-Muestra una vista en alzado del equipo de la invención. Figura 3.-Muestra una vista frontal de una parte del equipo de la invención. Figura 4.-Muestra una vista en perspectiva de una mordaza que forma parte del equipo de la invención. Figure 2.- Shows an elevation view of the equipment of the invention. Figure 3.- Shows a front view of a part of the equipment of the invention. Figure 4.- Shows a perspective view of a jaw that is part of the equipment of the invention.
Considerando la numeración adoptada en las figuras, el equipo para ensayo de materiales sometidos a fatiga termo-mecánica se determina a partir de una bancada 1 que cuenta con una plataforma superior 9, en uno de cuyos tramos extremos se fija un cilindro hidráulico 2 por mediación de Considering the numbering adopted in the figures, the equipment for testing materials subjected to thermo-mechanical fatigue is determined from a bench 1 that has an upper platform 9, in one of whose end sections a hydraulic cylinder 2 is fixed by mediation from
- un a
- soporte anterior 10 enfrentado con otro soporte support previous 10 faced with other support
- posterior later
- 11 solidario también a la plataforma superior 9 eleven solidary too to the platform higher 9
- citada. cited
El vástago del cilindro hidráulico 2 cuenta con un roscado extremo 3 en el que se fija una mordaza anterior 4 con interposición de una célula de carga 5 intercalada entre tal mordaza anterior 4 y el roscado extremo 3 del vástago del cilindro hidráulico 2. The rod of the hydraulic cylinder 2 has an end thread 3 in which an anterior jaw 4 is fixed with interposition of a load cell 5 sandwiched between said anterior jaw 4 and the end thread 3 of the rod of the hydraulic cylinder 2.
Sobre el soporte posterior 11 se acopla un husillo 6 alineado con el vástago del cilindro hidráulico 2 a la vez que a dicho husillo 6 se conecta una mordaza posterior 4' enfrentada y complementaria con la mordaza anterior 4, asociándose a dicho husillo 6 una tuerca de regulación 7 para permitir variar y fijar la distancia longitudinal entre ambas mordazas según el tamaño de una probeta 12 de un material para probar su resistencia. A spindle 6 aligned with the rod of the hydraulic cylinder 2 is coupled to the rear support 11, while a rear jaw 4 'facing and complementary to the front jaw 4 is connected to said spindle 6, a spindle nut associated with said spindle 6 regulation 7 to allow varying and fixing the longitudinal distance between both jaws according to the size of a specimen 12 of a material to test its strength.
Dicha probeta 12 se sujetará mediante ambas mordazas: anterior 4 y posterior 4', las cuales están acopladas en unas guías fijas 20-20' alineadas en una misma dirección y solidarias a la plataforma superior 9 de la bancada l.
Said specimen 12 will be held by both jaws: anterior 4 and posterior 4 ', which are coupled in fixed guides 20-20' aligned in the same direction and in solidarity with the upper platform 9 of the bench l.
El cilindro hidráulico 2, como es evidente, está conectado a una central hidráulica 8 dispuesta por debajo de la plataforma superior 9. The hydraulic cylinder 2, as is evident, is connected to a hydraulic central 8 arranged below the upper platform 9.
De esta manera, se consigue la acción mecánica dado que el cilindro 2 recibe fluido hidráulico y tensiona la probeta 12 hasta alcanzar un esfuerzo prefijado (medido en la célula de carga 5 intercalada), de manera que una vez obtenido este valor se puede mantener constante, bajarlo o aumentarlo pasado un tiempo prefijado gracias al control establecido en un autómata programable 13, en el cual se ajustan las cargas en función del tiempo. In this way, the mechanical action is achieved since the cylinder 2 receives hydraulic fluid and stresses the specimen 12 until a predetermined stress is achieved (measured in the interleaved load cell 5), so that once this value is obtained it can be kept constant , lower it or increase it after a preset time thanks to the control established in a programmable automaton 13, in which the loads are adjusted as a function of time.
Las mordazas 4-4' poseen una característica estructura que permite una firme sujeción de la probeta 12 gracias a unos tornillos de anclaje 14, fijándose tal probeta 12 contra unas piezas de cobre 15 ajustadas en unos cajeados superiores 16 de las mordazas 4-4', haciendo pasar por tales piezas de cobre 15 una corriente de elevada intensidad obtenida de una fuente de alimentación no representada en las figuras. The jaws 4-4 'have a characteristic structure that allows a firm hold of the specimen 12 thanks to anchoring screws 14, such specimen 12 being fixed against copper pieces 15 fitted in upper recesses 16 of the jaws 4-4' , by passing through such copper pieces 15 a current of high intensity obtained from a power source not shown in the figures.
De esta manera, se logra aumentar la temperatura de una manera muy rápida sobre la probeta 12, pues ésta posee una sección muy pequeña para la intensidad que circula por ella, garantizando el aumento de temperatura gracias a la Ley de Joule. In this way, it is possible to increase the temperature in a very fast way on the test tube 12, since it has a very small section for the intensity that circulates through it, guaranteeing the temperature increase thanks to the Joule Law.
Todo ello comandado desde el autómata programable 13 en el cual se introducen los valores de intensidad y tiempo según necesidades. El control exacto de la temperatura se realiza con un termómetro que controla el proceso de manera precisa según programación prevista. All this commanded from the programmable automaton 13 in which the intensity and time values are entered according to needs. The exact temperature control is carried out with a thermometer that controls the process precisely according to the planned programming.
- Para For
- aumentar la velocidad de enfriamiento de la increase the speed from cooling from the
- probeta test tube
- cuando sea necesario se dispone un sistema de when be necessary be has a system from
- enfriamiento cooling
- rápido, consiguiendo de esta manera que se Quick, getting from is way that be
- aumente increase
- la velocidad de enfriamiento acortando el tiempo de the speed of cooling shortening he weather from
- estudio. study.
Para ello se dotan a las mordazas 4-4' de unos canales de refrigeración 17 por los cuales circula aire proveniente
For this, the jaws 4-4 'are provided with cooling channels 17 through which air from
de una red de aire comprimido. El caudal de este fluido de aire se regula con un estrangulador 18 para proporcionar más o menos caudal de aire y mediante una electroválvula que permite su accionamiento cuando sea necesario según la of a compressed air network. The flow of this air fluid is regulated with a throttle 18 to provide more or less air flow and by means of a solenoid valve that allows its activation when necessary according to the
5 programación introducida en el autómata programable 13. 5 programming entered in the programmable controller 13.
Asimismo, las mordazas 4-4' se encuentran aisladas de los apoyos por placas de aislamiento 19 que impiden la transmisión térmica para evitar pérdidas por conducción a otras partes del equipo de la invención que pudieran Likewise, jaws 4-4 'are isolated from the supports by insulating plates 19 that prevent thermal transmission to avoid losses by conduction to other parts of the equipment of the invention that could
10 acelerar el proceso de enfriamiento de forma no controlada.
10 accelerate the cooling process in an uncontrolled manner.
Claims (6)
- en in
- ciclo continuo con variación de temperatura sobre la cycle continuous with variation from temperature on the
- probeta, test tube,
- se caracteriza porque comprende una mordaza be characterizes why understands a jaw
- anterior previous
- (4) y una mordaza posterior ( 4 1 ) en 1 as que se (4) Y a jaw later (4 1) in 1 ace that be
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