Una muestra compacta de tensión ( CT ) es un tipo de muestra estándar con muescas de acuerdo con las normas ASTM [1] e ISO [2] . Las probetas compactas de tensión se utilizan ampliamente en el área de la mecánica de la fractura y las pruebas de corrosión , con el fin de establecer la tenacidad de la fractura y los datos de crecimiento de grietas por fatiga para un material.
El propósito de usar una muestra con muescas es crear una grieta por fatiga aplicando cargas cíclicas a través de pasadores insertados en los orificios de la muestra utilizando una máquina de prueba de fatiga de laboratorio . La grieta por fatiga comenzará en el punto de la muesca y se extenderá a través de la muestra. La longitud de la grieta se monitorea típicamente midiendo la conformidad del cupón que cambia a medida que la grieta crece, o midiendo directamente usando un microscopio óptico para medir la posición de la punta de la grieta o indirectamente a partir de las lecturas del extensómetro de la abertura de la boca de la grieta o la fijación galgas extensométricas al reverso del cupón. [3]
Según las normas, la dimensión restrictiva de la muestra es el grosor del material. Las probetas compactas de tensión se utilizan para experimentos en los que hay escasez de material disponible debido a su diseño compacto. Para materiales enrollados, la muesca debe estar alineada con la dirección del rollo donde el material es más débil. Esto permitirá al usuario asegurarse de que todos los resultados obtenidos sean conservadores (en el peor de los casos).
Factor de intensidad de estrés
El factor de intensidad de la tensión en la punta de la grieta de una muestra compacta de tensión es [4]
dónde es la carga aplicada, es el grosor de la muestra, es la longitud de la grieta, y es el ancho efectivo de la muestra siendo la distancia entre la línea central de los agujeros y la cara posterior del cupón. La ecuación anterior se ha ajustado utilizando cálculos numéricos para varias geometrías de probetas.
Longitud de la grieta
La longitud de la grieta a menudo se mide indirectamente durante la prueba calculando la longitud de la grieta a partir del cumplimiento del cupón. El cumplimiento se puede determinar a partir de un medidor de desplazamiento de la abertura de la boca de la grieta (CMOD) o de las mediciones de tensión en la cara posterior del cupón.
Desplazamiento de apertura de boca de grieta
La longitud de la grieta se puede encontrar usando un medidor de desplazamiento adjunto a la boca del cupón para medir los desplazamientos. usando la ecuación [1]
Esta ecuación es aplicable en el rango .
Distensión de la espalda
La longitud de la grieta se puede determinar utilizando la deformación de la cara posterior con la siguiente ecuación [3]
dónde , y es el módulo de Young del material del cupón. Esta ecuación es aplicable en el rango.
Diferencia de potencial eléctrico
La longitud de la grieta también se puede determinar a partir de las 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 usando [1]
dónde es el voltaje EPD medido y es el voltaje de ruptura de referencia correspondiente a . Esta ecuación es aplicable en el rango.
Referencias
- ^ a b c Método de prueba estándar ASTM E647-00 para medir las tasas de crecimiento de grietas por fatiga . ASTM International, 2000.
- ^ ISO 7539-6 Corrosión de metales y aleaciones - Ensayos de corrosión bajo tensión - Parte 6: Preparación y uso de probetas pre-fisuradas para ensayos bajo carga constante o desplazamiento constante . 2ª Ed. 2003.
- ^ a b Newman, JC; Yamada, Y .; James, MA (2011). "Relación de cumplimiento de deformaciones de cara posterior para probetas compactas para una amplia gama de longitudes de fisuras". Ingeniería Mecánica de Fracturas . 78 (15): 2707–2711.
- ^ Bower, AF (2009). Mecánica aplicada de sólidos . Prensa CRC.