DISPOSITIVO CLIMATIZADO PARA ENSAYOS DE FRACTURA EN MODO MIXTO.

Dispositivo climatizado para ensayos de fractura en modo mixto que comprende una cámara hermética

(1) con medios de ensayo (2, 3, 4, 5, 11), un útil multimodal (8) de sujeción de la probeta (10) a ensayar y medios sensores (6, 7) de las condiciones de temperatura y humedad relativa en el interior de la cámara hermética (1); una unidad de tratamiento de aire (12) conectada a la cámara mediante sendas entradas y salidas de aire (20, 21). La unidad de tratamiento de aire comprende una pluralidad de secciones (13, 14, 15, 16, 17, 18, 19) situadas en serie, cada una de las cuales dispone de distintos medios de climatización configurados para modificar las condiciones de temperatura y humedad relativa del flujo de aire que pasa a través de las mismas hasta alcanzar unos valores predeterminados, y medios electrónicos de control de los componentes del dispositivo.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201330397.

Solicitante: UNIVERSIDAD POLITECNICA DE MADRID.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: SUAREZ BERMEJO,JUAN CARLOS, PINILLA CEA,PAZ, ARENAS REINA, JOSE MANUEL, ALIA GARCIA,Cristina.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION... > G01N3/00 (Investigación de las propiedades mecánicas de los materiales sólidos por aplicación de una incitación mecánica)
google+ twitter facebookPin it
DISPOSITIVO CLIMATIZADO PARA ENSAYOS DE FRACTURA EN MODO MIXTO.

Fragmento de la descripción:

Campo de la invención

La presente invención se engloba dentro del campo de la ciencia de materiales y más concretamente se refiere a un dispositivo climatizado para ensayos de fractura en modo mixto.

Antecedentes de la invención

En toda aplicación industrial, tanto las piezas sueltas como sus uniones (mediante adhesivos, soldadura, etc.) están sometidas a solicitaciones muy diversas siendo habitual que la carga sea una combinación del modo I (pelado) y modo II (cortante) denominado modo mixto de carga (modo III). Este modo mixto de carga permite caracterizar adecuadamente el comportamiento real de las piezas y uniones en condiciones de servicio cuando se realizan ensayos de fractura.

Para realizar estos ensayos se requieren probetas con una configuración específica que permitan evaluar sus propiedades a fractura. Existen numerosas probetas desarrolladas para evaluar las propiedades a fractura en estos casos. Entre ellas, cabe destacar la propuesta por M. Arcan y H.A. Richard (Theoretical and experimental study of superimposed fracture modes 1,11 and III, Engineering Fracture Mechanics; 1990; vol. 35 (6):949-960) y la MCB propuesta por J.L. Hógberg y U. Stigh (Specimen proposals for mixed mode testing of adhesive layer, Engineering Fracture Mechanics; 2006; vol. 73: 2541-2556).

La probeta MCB tiene simetría geometría semi-infinita y permite una combinación de sistemas básicos de carga en el extremo de la probeta. Proporciona una buena flexibilidad, variedad y estabilidad para determinar los parámetros característicos de los ensayos de fractura.

La realización de ensayos de fractura en modo mixto con este tipo de probeta requiere útiles especiales. Así, por ejemplo, para evaluar las propiedades en modo mixto de las probetas, H.A. Richard emplea un utillaje circular formado por dos juegos de piezas que sirven de mordazas y permiten sujetar la probeta a la máquina de ensayo. En la parte exterior de las mordazas se sitúan una serie de agujeros situados según distintos ángulos respecto de la posición de la probeta con la pre-grieta, que permiten, mediante la diferente posición de un pasador, la fijación a la máquina de ensayo y una variación progresiva del modo de carga de la probeta, desde modo I

puro hasta modo II puro, pasando por varios modos intermedios. Hógberg utiliza un utillaje muy parecido al empleado para las probetas de Arcan-Richard pero adaptado a las probetas MCB. Este utillaje también consiste en dos mordazas con agujeros realizados en la parte exterior situados a diferentes ángulos respecto del plano de la capa de adhesivo. También se fija mediante unos pasadores a la máquina de ensayos. Sin embargo, todos los útiles descritos anteriormente tienen la gran desventaja de su elevado peso, el cual hace que su colocación sea compleja y en definitiva poco práctica.

Uno de los ensayos más adecuados para caracterizar el comportamiento en servicio de materiales es el ensayo de fluencia. En el mercado existen numerosos equipos que permiten realizar ensayos de fluencia aunque con precios muy elevados. Yanming Zhang (patente CN102519800) propone un modelo caracterizado, entre otros aspectos, por mantener la temperatura estable en la zona del ensayo de fluencia. Yingqun Su (patente CN202150060) propone un sistema para ensayos de fluencia en condiciones de alta temperatura. La empresa Zwick/Roell® fabrica varios tipos de maquinas de fluencia apropiadas para este propósito ( http://www.zwick.es/es.html 3). Los modelos más conocidos son: Kappa SS de huso central simple y Kappa DS de huso doble. El modelo Kappa SS se encuentra dotado de un huso central simple y es adecuada para la realización tanto de ensayos de fluencia como ensayos avanzados que requieren mayor precisión del control de carga. Sus principales componentes son un bastidor de carga con accionamiento por huso simple, un rango de carga, medida del desplazamiento y control digital. El modelo Kappa DS es similar al modelo Kappa SS pero con un huso doble. A estas maquinas de fluencia se les puede añadir accesorios que amplían sus aplicaciones como hornos y cámaras de temperatura. Feng et al. (Modeling of long-termcreep behavior of structural epoxy adhesives; International Journal of Adhesión and Adhesives; 2005; vol. 25: 427-436) diseñaron una máquina apropiada para ensayos de fluencia lenta en uniones adhesivas aluminio/epoxi. La máquina consta, entre otros elementos, de un cilindro neumático y un calefactor con controlador de temperatura.

Sin embargo, todas las máquinas descritas no pueden adaptarse fácilmente a probetas similares a las MCB. Además, sólo controlan la temperatura durante el ensayo y en ningún caso regulan la humedad relativa (aspecto de gran importancia en los ensayos de uniones adhesivas).

Por todo ello, se ha detectado la necesidad de diseñar un dispositivo climatizado para ensayos de fractura en modo mixto que solucione los problemas comentados de los dispositivos para ensayos conocidos por el estado de la técnica, el

cual dispondrá de un útil multimodal y además permitirá controlar en todo momento las condiciones de ensayo en lo que a la temperatura y a la humedad relativa se refiere.

Este objetivo se consigue por medio de la invención tal y como está definida en la reivindicación 1, en las reivindicaciones dependientes se definen realizaciones preferidas de la invención.

Descripción de la invención.

La presente invención se refiera a un dispositivo climatizado para ensayos de fractura en modo mixto. El dispositivo objeto de la presente invención tiene la particularidad de que comprende:

Una cámara hermética que comprende medios de ensayo un útil multimodal de sujeción de la probeta a ensayar y medios sensores de las condiciones de temperatura y humedad relativa en el interior de la cámara hermética.

Una unidad de tratamiento de aire, situada junto a la cámara hermética y conectada con la misma mediante sendas entradas y salidas de aire, donde dicha unidad de tratamiento de aire comprende una pluralidad de secciones situadas en serie, cada una de las cuales dispone de distintos medios de climatización configurados para modificar las condiciones de temperatura y humedad relativa del flujo de aire que pasa a través de las mismas hasta alcanzar unos valores predeterminados.

Medios electrónicos de control del dispositivo configurados para realizar la regulación y estabilización de la temperatura y humedad relativa en el interior de la cámara hermética mediante el control de las secciones de la unidad de tratamiento de aire; efectuar el accionamiento de los medios de ensayo y; realizar la adquisición y registro de los datos del ensayo procedentes de los medios sensores.

Gracias a la constitución descrita del dispositivo, el mismo permitirá realizar ensayos de fractura en modo mixto con un útil multimodal y bajo las condiciones especificadas de temperatura y humedad relativa requeridas para cada pieza particular.

En un primer aspecto de la invención, los medios de ensayo de la cámara hermética podrán comprender: un pistón neumático situado por encima de la cámara hermética; una sonda asociada al pistón neumático; un resorte conectado al pistón neumático, situado en el interior de la cámara hermética; un extensómetro de pinzas que mide los desplazamientos del resorte; y un reloj comparador para introducir la carga a la que se va a realizar el ensayo.

El pistón neumático será un pistón de doble acción, el cual aplica la carga necesaria para realizar el ensayo. Por su parte, el muelle y el extensómetro se

emplean como célula de carga permitiendo medir la fuerza aplicada y la relajación que tiene lugar a lo largo del tiempo de ensayo, el extensómetro de pinzas proporcionará una gran sensibilidad y precisión.

...

 


Reivindicaciones:

1. Dispositivo dimatizado para ensayos de fractura en modo mixto, caracterizado porque comprende:

- una cámara hermética (1) que comprende medios de ensayo (2, 3, 4, 5, 11), un útil multimodal (8) de sujeción de la probeta (10) a ensayar y medios sensores (6, 7) de las condiciones de temperatura y humedad relativa en el interior de la cámara hermética (1)

- una unidad de tratamiento de aire (12), situada junto a la cámara hermética (1) y conectada con la misma mediante sendas entradas y salidas de aire (20, 21), donde dicha unidad de tratamiento de aire comprende una pluralidad de secciones (13, 14,

15, 16, 17, 18, 19) situadas en serie, cada una de las cuales dispone de distintos medios de climatización configurados para modificar las condiciones de temperatura y humedad relativa del flujo de aire que pasa a través de las mismas hasta alcanzar unos valores predeterminados, y

- medios electrónicos de control del dispositivo configurados para:

realizar la regulación y estabilización de la temperatura y humedad relativa en el interior de la cámara hermética (1) mediante el control de las secciones (13, 14, 15,

16, 17, 18, 19) de la unidad de tratamiento de aire (12),

efectuar el accionamiento de los medios de ensayo (2, 3, 4, 5, 11) y

realizar la adquisición y registro de los datos del ensayo procedentes de los medios

sensores (6, 7).

2. Dispositivo climatizado para ensayos de fractura en modo mixto según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de ensayo (2, 3, 4, 5, 11) de la cámara hermética comprenden:

- un pistón neumático (2) situado por encima de la cámara hermética (1),

- una sonda (3) asociada al pistón neumático (2),

- un resorte (4) conectado al pistón neumático (2), situado en el interior de la cámara hermética (1),

- un extensómetro de pinzas (5) que mide los desplazamientos del resorte (4), y

- un reloj comparador (11) para introducir la carga a la que se va a realizar el ensayo.

3. Dispositivo climatizado para ensayos de fractura en modo mixto según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque el útil multimodal (8) tiene una pieza superior (22) que se fija al resorte (4) y una pieza inferior (9) que se fija a la base de la cámara hermética (1) y en la cual se apoya la probeta (10) a ensayar y porque tiene un

diseño geométrico configurado para permitir variar las posiciones de ensayo de la probeta (10) a 0o, 15°, 30°, 45°, 60°, 75° y 90°.

4. Dispositivo climatizado para ensayos de fractura en modo mixto según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios sensores (6, 7) comprenden:

- un termo-higrómetro (6) para visualizar la temperatura y la humedad relativa en el interior de la cámara hermética (1), y

- sondas de temperatura y la humedad relativa configuradas para recoger datos de estas dos variables y transmitirlas a los a los medios electrónicos de control.

5. Dispositivo climatizado para ensayos de fractura en modo mixto según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la cámara hermética (1) comprende una carcasa exterior (23) transparente, al cual dispone de una puerta de cierre hermética.

6. Dispositivo climatizado para ensayos de fractura en modo mixto según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la unidad de tratamiento de aire (12) comprende:

- una primera sección (13) donde se mezcla el aire proveniente del exterior y el aire de retorno de la cámara hermética (1) que llega a través de la entrada (21),

- una segunda sección (14) que comprende una serie de resistencias eléctricas variables (24) en forma de parrilla,

- una tercera sección (15) que comprende una batería de frío compuesta por una pluralidad de colectores (30) de entrada y salida de un fluido refrigerante, tubos de distribución (25) del fluido al tresbolillo, un panel con aletas (31) y un bastidor metálico (32) que soporta el conjunto

- una cuarta sección (16) que comprende un filtro gravimétrico basto (26) soportado por una estructura de aluminio (33)

- una quinta sección (17) que comprende una zona de humectación que comprende micro-pulverizadores (34), un bomba de impulsión (35), un recipiente de recogida de agua (36), y válvulas de entrada (37), de vaciado (38) y de seguridad (39) por flotador

- una sexta sección (18) que comprende un separador de gotas (27) de agua del flujo de aire mediante lamas (40) de plástico dispuestas aerodinámicamente,

- una séptima sección (19) que comprende un ventilador centrífugo (28) que impulsa el aire hacia la salida (20) a través de un conducto.

7. Dispositivo dimatizado para ensayos de fractura en modo mixto según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la unidad de tratamiento de aire (12) está recubierta de paneles (29) tipo sándwich constituidos a partir de dos chapas metálicas exteriores y una capa central intermedia de un material espumado aislante.