Diseño, fabricación y evaluación de sistema de calefacción para barra de compresión Hopkinson (Kolsky)

Abstract

Se aborda el desarrollo y la integración de un sistema de calefacción para una barra de compresión Hopkinson Kolsky (en inglés split Hopkinson pressure bar, SHPB), equipo con el que se somete a impacto una probeta metálica ubicada entre dos barras de mayores dimensiones, que permiten la sujeción de la muestra, mientras transmiten la deformación producto de la colisión de un proyectil desde uno de sus extremos. El objetivo principal es ampliar la capacidad de SHPB, al incorporar la variable de temperatura, lo que permite evaluar el comportamiento mecánico de materiales cuando son sometidos a impactos, a altas tasas de deformación, mientras se encuentran a altas temperaturas, mediante la obtención de la curva esfuerzo deformación del material.

El trabajo incluye el diseño detallado del sistema de calefacción, se exploran distintas técnicas, priorizando la uniformidad térmica y la integración eficiente con el equipo de ensayo. Se emplea conducción de calor mediante calefactores de cartucho insertos en placas de cobre, complementado con sistemas de aislación, retracción (para alejar o acercar las placas de la zona de ensayo) y control de temperatura, a fin de que la adición de la calefacción a SHPB sea segura, consiguiendo calentar la probeta metálica sin contacto con las barras compresoras y por tanto, manteniendo el resto de SHPB y su entorno íntegro, además de no perjudicar el ensayo mismo. Sigue la implementación de los sistemas en el equipo existente, y la posterior validación a través de pruebas experimentales, la cual se potencia mediante una actualización al sistema de adquisición de datos, el cual detecta la deformación que experimenta la probeta de ensayo; se amplia la resolución de esta señal en 6.25 veces.

Las pruebas realizadas confirman la viabilidad del sistema para alcanzar y mantener altas temperaturas en las muestras durante los ensayos, proporcionando datos sobre la respuesta a la deformación de materiales como cobre, aluminio y titanio, mostrando cambios en su ductilidad. En concreto, se realizaron pruebas de impacto mientras las muestras se encontraban a 100°C, 200°C y 300°C.

Este estudio no solo mejora la funcionalidad del SHPB, sino que también abre nuevas posibilidades para la investigación de materiales en condiciones de alta temperatura, contribuyendo así al avance en la caracterización dinámica de materiales y sus aplicaciones industriales.