Diseño de Máquina de Ensayos de Impacto Mecánico
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Date
2023
Director
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Publisher
Pontificia Universidad Javeriana Cali
Abstract
En el presente trabajo, se diseñó una máquina de ensayos de impacto mecánico. Esta es empleada para medir la tenacidad de diferentes materiales sometidos a impactos, lo cual es fundamental en la industria automotriz, aeroespacial, naval y civil. Por otro lado, tiene la capacidad de poder intercambiar entre ensayos de tipo Charpy e Izod y está ideada para que pueda ser implementada en la Pontificia Universidad Javeriana (Cali). Esto con el objetivo de que los estudiantes puedan familiarizarse con este tipo de ensayos y desarrollar habilidades para modificar y/o mejorar los mecanismos del diseño.
La problemática que motivó el diseño de esta máquina es la escasez y el elevado costo de equipos adecuados para realizar estos ensayos. Inicialmente, se definieron las restricciones del diseño usando las normas técnicas (ASTM e ISO), se realizaron entrevistas y encuestas a personal calificado de la PUJ. Posteriormente, se realizaron: el diseño conceptual y de detalle mediante las subfunciones de la máquina, los cálculos de las piezas críticas para validar su resistencia ante las fuerzas que generadas durante el funcionamiento de la máquina y las validaciones computacionales por el método de elementos finitos (MEF).
Finalmente, se realizaron los planos de la máquina, los cuales mostraron un diseño sencillo y económico, en el cual se seleccionaron materiales de fácil adquisición en el mercado. Sumado a ello, se dejó a disposición los archivos CAD de cada pieza como valor agregado, brindando así la posibilidad del estudio computacional de la máquina y de una posterior mejora al diseño.
Description
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In this work, a mechanical impact testing machine was designed. It is used to measure the toughness of different materials subjected to impacts, which is crucial in the automotive, aerospace, naval, and civil industries. On the other hand, it has the ability to switch between Charpy and Izod type tests and is designed to be implemented at Pontificia Universidad Javeriana (Cali). The objective is to familiarize students with this type of testing and develop skills to modify and/or improve design mechanisms.
The problem that motivated the design of this machine is the scarcity and high cost of adequateequipment for performing these tests. Initially, design constraints were defined using technical standards (ASTM and ISO), interviews, and surveys with qualified personnel from PUJ. Subsequently, conceptual and detailed design were carried out using the machine's sub-functions, critical parts were calculated to validate their resistance to the forces generated during machine operation, and computer validations were performed using the finite element method (FEM).
Finally, the machine's plans were obtained, which showed a simple and economical design, in which materials readily available in the market were selected. In addition, CAD files of each part were made available as added value, thus providing the possibility of computational study of the machine and subsequent design improvement.
Keywords
Impacto, Tenacidad, Charpy, Izod, Método de elementos finitos, Archivos CAD, Impact, toughness, Finite element method, CAD files