Diseño, construcción y evaluación de barra de compresión de Hopkinson (Kolsky)

Abstract

La caracterización de materiales en condiciones dinámicas representan nuevos desafíos para el desarrollo tecnológico. En base a lo anterior, se establece construir una barra de compresión de Hopkinson (SHPB, por sus siglas en inglés), en la cual un proyectil impulsado por un sistema neumático impacta a un par de barras que sujetan una muestra en configuración de tipo sandwich, registrando la deformación de las barras con extensómetros, para luego hacer la traducción en un gráfico de esfuerzo-deformación para la muestra. Para este trabajo se definen parámetros de entrada, entre los que se encuentra una presión máxima de trabajo de 6 [MPa], los largos de las barras incidentes y de transmisión fijadas en 1200 [mm] y los diámetros de éstas con 20 [mm]. Con esto en mente, se determinan las dimensiones y espesores del sistema de lanzamiento y de soporte, con el propósito de no comprometer la seguridad del personal cercano. Además, se diseña un sistema de adquisición de los datos para el cual se calcula una frecuencia de muestreo mínima de 24 [kHz] según el criterio de Nyquist, lo que permite seleccionar los componentes del sistema de medición. Posteriormente, se realizan diez mediciones experimentales para el aluminio AA1100-H14, de las cuales tres fueron ingresadas al software Sure-Pulse para obtener los gráficos característicos del material, registrando una tasa de deformación promedio de 139 [s-1]. Los gráficos de esfuerzo-deformación, en conjunto con la tasa de deformación, permiten determinar los parámetros de Johnson-Cook para el material. Finalmente, se concluye que se cumplen todos los objetivos propuestos para esta tesis y se proponen mejoras y estudios alternativos para el equipo, entre los que se encuentran análisis de sensibilidad y la adición de ensayos con temperatura.