Ciencias.docx

PROBLEMAS DE TAREA

WILSON ARGÜELLO DIAZ

UNIVERSIDAD ANTONIO NARIÑO

CIENCIAS MATERIALES NEIVA – HUILA

SOLUCION TRABAJO. 1) El Departamento de Defensa de Estados Unidos ha contratado a una empresa para probar una nueva y avanzada cerámica para determinar su adecuación para el blindaje de un tanque. Además del costo, describa las tres propiedades físicas (nombres y definiciones) que crea se puedan utilizar para esta aplicación, explique por qué son muy importantes y describa a detalle (sí es necesario con fórmulas, gráficas y esquemas sencillos) cómo mediría estas propiedades. RTA: Se sabe de una nueva cerámica en el blindaje Chobham, se trata de una cerámica pulverizada que un proyectil a una velocidad mayor no dará lugar a una penetración mayor, sino más bien a la destrucción del mismo proyectil. Las placas de cerámica no soportan impactos sucesivos, y pierden gradualmente gran parte de su capacidad de protección. Para minimizar este efecto las placas tienen que ser lo más pequeñas posible, pero la matriz elemental tendrá para tal efecto como mínimo un grosor de 25 mm, de lo contrario la proporción de cobertura dada por las placas sería desfavorable, fijando un límite práctico de un diámetro de unos 10 cm. A lo largo de los años se han desarrollado nuevos compuestos más fuertes, dándole cinco veces más valor de protección que las cerámicas originales, llegando a ser cinco veces más efectivas que el acero del mismo peso. 2) El ejército estadounidense está buscando reducir costos, por lo que decide realizar menos ensayos en las ruedas de tracción de los tanques. Un científico sugirió eliminar los ensayos de dureza mientras que otro sugirió eliminar los ensayos de tenacidad. Explique la diferencia entre la tenacidad y la dureza y comente por qué cada una puede ser importante para las ruedas de tracción de un tanque. RTA: Tenacidad. Es la resistencia de un sólido a romperse cuando es golpeado. Cuando una sustancia se rompe fácilmente es frágil y si se rompe con dificultad decimos que es tenaz. Tenacidad y dureza no son equivalentes: el vidrio es frágil, porque se rompe con facilidad, pero duro, ya que no se raya. Cada uno es importante ya que se requiere demasiada tenacidad por el peso del propio tanque y por lo tanto también necesitamos mucha dureza ya que esto ayuda a su duración. 3) Un ensayo de plegado se utiliza para medir la resistencia y el módulo de flexión de una muestra. Si la longitud relevante de una muestra es de 10 pulgadas, la muestra es de 1 pulgada de altura y su resistencia y módulo de flexión es de 10 lb/plg2 y 1 000 lb/plg2, respectivamente, determinar la cantidad de desviación experimentada por la muestra durante el ensayo. RTA: 4) Dibujar dos gráficas representativas del ensayo de tracción, uno para un material frágil y otro para un material dúctil. En cada gráfica etiquetar los ejes, la resistencia a la tracción, la resistencia a la conformación, la resistencia a la ruptura, el módulo de elasticidad y las regiones en las cuales ocurre el estiramiento elástico y la deformación plástica. RTA:

5) Una inventora afirma que puede incrementar la resistencia a la tracción de una fibra polimérica al añadirle una pequeña cantidad de un elemento raro llamado toughenitupneum durante el spinning. Para probar su afirmación, ella proporciona datos obtenidos de muestras ya ensayadas con y sin la adición del elemento. Las seis muestras ensayadas sin la adición tenían resistencia a la tracción de 3100, 2577, 2715, 2925, 3250 y 2888 GPa, respectivamente. Las seis muestras ensayadas con la adición tenían resistencias a la conformación de 3725, 3090, 3334, 3616, 3102 y 3441 GPa. ¿La inventora probó su afirmación? De no ser así, sugiera las mejoras que pueden ayudarla. RTA: 6) Los siguientes datos de tracción fueron recolectados de un espécimen de ensayo estándar con un diámetro de 0.505 pulgadas de una aleación de cobre. CARGA (lb – fuerza) 0 3000 6000 7500 9000 10500 12000 12400 11400

Longitud de la muestra (Pulgadas) 2.00000 2.00167 2.00383 2.00617 2.00900 2.04000 2.26000 2.50000 3.02000 (Fractura)

Después de la fractura, la longitud de la muestra es de 3.014 pulgadas y el diámetro es de 0.374 pulgadas. Grafique los datos y calcule: a) La resistencia a la conformación compensatoria b) La resistencia a la tracción c) El módulo de elasticidad d ) El esfuerzo ingenieril en la fractura e) El esfuerzo real en la fractura f ) El módulo de resiliencia Posteriormente etiquete las regiones de la deformación plástica y el límite elástico en su trazo. RTA:

7) La interpretación de los datos del ensayo de tracción para la mayoría de los polímeros es más complicada que para otros materiales. A diferencia de otros materiales, no existe una deformación plástica real en la mayoría de los polímeros. Debido a que las cadenas pueden fluir entre sí, por lo general los tratamientos térmicos pueden regresar un polímero a su resistencia original, aun cuando previamente haya sido tensionado hasta casi su resistencia a la tracción. a) ¿Qué parámetro clave no se puede medir en la mayoría de los polímeros por un ensayo de tracción? b) Los polímeros de alto rendimiento (como Kevlar) no experimentan esta complicación y fallan como un material frágil. Dibuje una gráfica de un ensayo de tracción para Kevlar y etiquete la resistencia a la tracción, la resistencia a la conformación, el módulo de tracción, la resistencia a la ruptura, la región de deformación elástica y la región de la deformación plástica. RTA: 8) Sobre una muestra de metal se lleva a cabo un ensayo Brinell. Sobre una bola de carburo de tungsteno de 10 mm se aplica una carga de 3 000 kg por 30 segundos y deja una hendidura de 9.75 mm en la muestra. Calcule la dureza Brinell y determine dónde encaja en la escala de dureza Moh. RTA: 9) En un ensayo Brinell, ¿qué diámetro de impresión resultaría al aplicar una carga de 3 000 kg a una esfera de carburo de tungsteno de una muestra con 420 HBW? RTA: 15) Se ha colocado una muestra de 1 pie de largo por 1 pulgada de diámetro en un aparato de viga voladiza. Se le añaden diferentes pesos a la muestra y el número de ciclos para la falla en cada peso fue registrada para producir la siguiente tabla: Peso aplicado (lb) Ciclos para la falla 1 2000000 5 385000 10 75000 15 17000 20 5000 25 1100 Genere una grafica S-N y calcule la vida de fatiga del material. RTA:

16) Una varilla de acero de .505 pulgadas de diámetro es sujeta a un ensayo de tracción. Si la resistencia a la ruptura del acero fuera de 50 klb/plg2 y el diámetro final de la varilla fuera de 0.460 pulgadas, determine el esfuerzo real y el porcentaje de reducción en el área. RTA: 17) El ensayo de fluencia se lleva a cabo en un material a dos diferentes temperaturas. A 473 Kelvin (K), el tiempo de falla fue de 200 minutos, mientras que el tiempo de falla fue de 145 minutos a 573 K. Si el parámetro de Larson-Miller para el material es de 100, determine las constantes empíricas A y B. RTA: 18) Una serie de 10 ensayos de fluencia proporcionaron parámetros de Larson-Miller de 46,49, 48, 48, 45, 44, 49, 50, 46 y 44 para un material. Después de permanecer guardadas en un cajón por un año, las muestras del mismo material fueron probadas nuevamente para el comportamiento de fluencia. Esta vez los resultados de los 10 ensayos fueron de 42, 46, 48,44, 42, 41, 45, 46, 44 y 42. ¿Puede el investigador demostrar con 95% de certeza que el comportamiento de fluencia del material cambió por estar guardado un año? RTA:

19) Una muestra de .505 pulgadas de diámetro falló en la compresión bajo una carga de 50 klb/plg2. Determine la resistencia a la compresión del material y prediga la naturaleza de la falla si L/D = 4. RTA: 20) Se lleva a cabo un ensayo de plegado en tres puntos sobre una muestra de material frágil con 10 pulgadas de longitud, 1 pulgada de ancho y 0.5 pulgadas de espesor. Si da como resultado una fuerza de 2 000 lb/plg2 en una desviación de 0.05 pulgadas antes de la falla, determine la resistencia y el módulo de flexión de la muestra. RTA: