Dispositivo de fijación mecánica de una probeta prismática para ensayos mecánicos,

método de utilización del mismo y usos.

Se trata de un dispositivo de fijación mecánica de una probeta prismática para ensayos mecánicos que se compone de dos mecanismos que sujetan por ambos lados la probeta (7), donde cada mecanismo se compone de dos bloques independientes (1 y 2), siendo el segundo bloque (2) desplazable con relación al primero (1), al menos dos varillas (3) y un cilindro (4) para ayudar a la unión entre ambos bloques (1 y 2), un tornillo (5) para asegurar la unión entre ambos bloques (1 y 2), y una placa adaptadora (6) que se ajusta al segundo bloque (2) por medio de un pin o bulón (8). Además, ambos bloques (1 y 2) poseen, en la superficie que quedará hacia la probeta (7), un plano inclinado (9) que posee en cada extremo un mecanizado en forma de cola de milano (10), de tal manera que entre ambos mecanizados (10) la probeta (7) puede amarrada

Dispositivo de fijación mecánica de una probeta prismática para ensayos mecánicos, método de utilización del mismo y usos.

Objeto de la invención

La presente invención, según se expresa en el enunciado de la presente memoria descriptiva, tiene por objeto proporcionar un dispositivo de fijación mecánica de una probeta prismática para ensayos mecánicos. Adicionalmente, la presente invención tiene por objeto proporcionar un método de utilización de dicho dispositivo y la aplicación concreta a los ensayos de tenacidad en la línea de encolado, de tenacidad a fractura interlaminar, de tenacidad en modo I, modo II y modo mixto I-II.

Campo técnico de la invención

La presente invención tiene aplicación en cualquier sector de la industria en donde se requiera realizar ensayos mecánicos en probetas prismáticas. En particular, fue concebida para la industria aeronáutica, más precisamente para su uso en ensayos de control de calidad de la preparación superficial previa al encolado.

Estado de la técnica anterior a la invención

En cualquier sector de la industria donde se requiera la realización de ensayos mecánicos en probetas prismáticas se utilizan probetas que se componen de dos láminas o semi-probetas, pegadas entre sí con un adhesivo, o bien se utilizan probetas en una única pieza. Por lo tanto, se puede decir que se trata de probetas prismáticas. Para el caso concreto de los ensayos de tenacidad en la línea de encolado se utilizan probetas compuestas por dos semi-probetas y para el caso de los ensayos de tenacidad a fractura interlaminar se utilizan probetas en una única pieza. Las probetas se componen de un material compuesto de fibra continua, ensayándose la interfase de dos capas contiguas, o un material que se ensaya en modo I mediante e el ensayo usualmente conocido por sus siglas en inglés DCB (Double Cantilever Beam), modo II mediante el ensayo usualmente conocido por sus siglas en inglés ELS (End Load Split) y modo mixto I-II mediante los ensayos usualmente conocidos por sus siglas en inglés MMB (Mixed-Mode Bending) y MMELS (Mixed-Mode End Load Split) [Ref: Robinson, P., Hodgkinson, J.M., (2000). Mechanical Testing of Advanced Fibre Composites. Capítulo: Interlaminar fracture toughness. Páginas: 170-210. (ed.) Hodgkinson, J.M. Woodhead Publishing: Cambridge (UK)].

Para la fijación mecánica de las probetas para la realización de un ensayo mecánico, en la actualidad se cuenta con dispositivos de fijación que requieren o bien utilizar un adhesivo entre el dispositivo de fijación y la probeta, o bien practicar muescas o mecanizados en la probeta.

Los dispositivos de fijación que se adhieren a las probetas conllevan un proceso costoso en tiempo y en dinero de preparación de la superficie de adherencia. Adicionalmente, la reutilización de estos dispositivos conlleva tareas adicionales de despegado y tratamiento o aplicación de un producto químico para quitar remanentes de adhesivo.

Además, con estos tipos de dispositivos se pueden producir desfases entre el dispositivo de fijación y la probeta. Como ejemplos de dispositivos de fijación que se adhieren a las probetas se puede citar aquellos que se conocen en el mercado con el nombre de "bisagra".

Mientras, que los dispositivos de fijación de probetas donde, para asegurar la fijación y evitar tratamientos previos a la reutilización y desfases, se practican muescas o mecanizados en las probetas, son difíciles de adaptar a diferentes espesores de probetas y por consiguiente su fabricación resulta ser costosa y su reutilización dificultosa. Además, las muescas o mecanizados practicados en una probeta pueden alterar sus propiedades físicas.

Por lo tanto, era deseable obtener un dispositivo de fijación de una probeta que fuera sencillo de montar, fácilmente reutilizable en probetas de cualquier espesor, que evitara además el proceso de pegado y que mantuviera la precisión del ensayo. Así, la presente invención pretende solucionar estos inconvenientes y evitar este tipo de fijaciones que conllevan una mecanización de las probetas o la utilización de un adhesivo entre la probeta y el dispositivo de fija- ción.

Descripción de la invención

La presente invención tiene por objeto proporcionar un dispositivo de fijación mecánica de una probeta prismática para ensayos mecánicos que se compone de dos mecanismos que sujetan por ambos lados la probeta, donde cada mecanismo se compone a su vez de dos bloques independientes, donde el segundo bloque se mueve con relación al primero. El dispositivo posee al menos dos varillas y un cilindro para ayudar a la unión entre ambos bloques, es decir para centrarlos y guiarlos. Por último, un tornillo mantiene unidos ambos bloques, dicho tornillo se utiliza también para mantener fijo cada mecanismo a una cara de una probeta. Cada mecanismo se compone además de una placa adaptadora. La fijación del tornillo se realiza por medio de un apriete controlado por un destornillador dinamométrico. De esta manera se obtiene un dispositivo de fácil montaje.

La placa adaptadora se utiliza para ajustar el dispositivo a una máquina de ensayos, externa al dispositivo. Para ello cada placa adaptadora se ajusta al conjunto de ambos bloques ya unidos por medio de un pin o bulón.

Además, cada bloque cuenta, en la cara que quedará hacia la probeta, con un plano inclinado acabado en cada extremo con un mecanizado forma de cola de milano, de tal manera que entre ambos mecanizados la probeta quedará amarrada.

De esta manera, se consigue fijar la probeta por sus laterales. Esta fijación, no altera sus propiedades a la hora de aplicar la fuerza necesaria para llevar a cabo el ensayo. Adicionalmente, un dispositivo como el descrito anteriormente es fácil y rápidamente montable y desmontable y no requiere ningún tipo de preparación previa para su utilización, ni para su reutilización.

Para la realización de este tipo de ensayos, se trabaja con probetas compuestas bien de dos semipaneles pegados, bien de un bloque de material compuesto de fibra continua, de un material isotrópico que se ensaye en modo I, o similares.

En una realización preferente, para probetas compuestas en una única pieza se les practica una ranura o se coloca un desmoldeante en la zona de iniciación de la grieta y para probetas compuestas de dos semipaneles superpuestos y adheridos se deja una primera zona sin adhesivo, para permitir el inicio del ensayo. Luego, a lo largo del ensayo, esta grieta inicial se prolongará como reacción a la fuerza ejercida, permitiendo cuantificar la tenacidad del adhesivo, o la tenacidad a fractura interlaminar, o la tenacidad en modo I, modo II y modo mixto I-II, según sea el ensayo.

En una realización preferente, las probetas deben ser de forma prismática, con un espesor de 3 mm pm 0,2 mm, un ancho de 25 mm pm 1 mm y un largo de 250 mm pm 5 mm. En caso de utilizar probetas de espesor inferior, se deberá colocar un suplemento.

Dos son las dimensiones importantes para este dispositivo. El ángulo de incidencia del mecanizado en forma de cola de milano y la altura del mismo. En una realización preferente, la altura es de 1,3 mm, por lo que probetas de por lo menos 1,5 mm por semipanel pueden ser utilizadas.

Adicionalmente, la presente invención describe una modalidad preferente de utilización para el dispositivo de fijación mecánica de una probeta prismática para ensayos mecánicos descrito anteriormente que consiste en:

1. Un dispositivo de fijación mecánica de una probeta prismática para ensayos mecánicos que se compone de dos mecanismos que sujetan por ambos lados la probeta (7), caracterizado porque cada mecanismo se compone de

en el que ambos bloques (1 y 2) poseen, en la superficie que quedará hacia la probeta, un plano inclinado (9) que posee en cada extremo un mecanizado en forma de cola de milano (10), de tal manera que entre ambos mecanizados (10) la probeta (7) quede amarrada.

2. Método de utilización del dispositivo de fijación mecánica de una probeta prismática definido según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende:

3. Uso del dispositivo de fijación mecánica de una probeta prismática para ensayos mecánicos definido según la reivindicación 1 o 2, aplicado a ensayos de tenacidad a fractura interlaminar de material compuesto de fibra continua.

4. Uso del dispositivo de fijación mecánica de una probeta prismática para ensayos mecánicos definido según la reivindicación 1 o 2, aplicado a ensayos de tenacidad en modo I de materiales de base polimérica.

5. Uso del dispositivo de fijación mecánica de una probeta prismática para ensayos mecánicos definido según la reivindicación 1 o 2, aplicado a ensayos de tenacidad en la línea de encolado.