Implementación de mejoras y validación de barra de compresión de Hopkinson (Kolsky)

Abstract

El presente informe evidencia en detalle el trabajo de diseño e implementación que busca validar un sistema de ensayos para materiales en condiciones de carga dinámica, con tal de proveer una nueva fuente de conocimiento para futuros estudios. En este contexto, se cuenta con un sistema de ensayos de barra de compresión de Hopkinson (Kolsky) el cual permite realizar ensayos para caracterizar el comportamiento mecánico de materiales bajo altas tasas de deformación. Esto se logra mediante la transmisión del esfuerzo producto del impacto de un proyectil lanzado contra uno de los extremos del sistema de barras que sostiene la muestra de material. Se plantea así, la aplicación de mejoras al sistema existente para ampliar el rango de operación, simplificar el procedimiento de realización de ensayos y validar su desempeño. Las mejoras contemplan la renovación del sistema de barras y proyectil, la renovación y modularización de los sistemas electrónicos y de alimentación eléctrica, y la fabricación de un contenedor para la zona de ensayos, además de otras consideraciones de seguridad para la operación del sistema. Para el desarrollo del trabajo se utilizaron herramientas digitales como Excel, Fusion 360, LT Spice y Hantek 6022BE. El sistema de ensayos se encuentra instalado en el Laboratorio de Procesos Mecánicos del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad. Los trabajos respectivos a la construcción y armado se llevan a cabo en el ya mencionado laboratorio, además de en el Laboratorio de Fabricación Digital de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad (FAB851). La implementación de mejoras resulta en una aumento en el rango de operación equivalente al 64% adicional, alcanzando velocidades de impacto de proyectil de hasta 28 [m/s] y un esfuerzo aplicable sobre la muestra de 588 [MPa]. La validación de funcionamiento del sistema se lleva a cabo mediante la realización de ensayos con muestras de Latón UNS C36000. Estos resultan en la caracterización de desempeño del sistema de lanzamiento posibilitando predecir con precisión las condiciones de ensayo del sistema.