Desarrollo de materiales didácticos de apoyo para la enseñanza de tópicos avanzados de mecánica de sólidos y diseño mecánico

Abstract

Los materiales didácticos que proponemos elaborar son equipos demostrativos de una serie de fenómenos de la mecánica de sólidos no convencionales que se presentan en la práctica de la ingeniería y a menudo como parte de dispositivos de alta tecnología. Es importante destacar que se trata de casos que han sido estudiados en el Laboratorio de Mecánica Aplicada del Centro Tecnológico de la FES Aragón, en proyectos de investigación y de desarrollo tecnológico que han sido realizados el sector público y privado. Como se sabe, la transferencia de conocimiento generado en proyectos de investigación a la docencia es consecuencia más deseable ya que vincula dos de las labores sustantivas de cualquier universidad por lo que debe ser apoyada. A continuación, se da una breve descripción de los tópicos que se abordarán en el presente proyecto así como el arreglo experimental que proponemos construir y el principio físico que se empleará.

1.- Comportamiento mecánico de materiales con memoria de forma. Se propone construir un tablero demostrativo que mediante alambres y resortes de materiales con memoria de forma muestre los efectos: a) Memoria de forma simple, b) super-elasticidad y c) doble efecto memoria de forma asistido. Este dispositivo se acompañará de un manual de operación que además de brindar la información fundamental sobre el comportamiento de los materiales con memoria de forma, proporciona criterios generales para diseñar dispositivos empleando estos materiales.

2.- Comportamiento mecánico de un material poli-cristalino. Para desarrollar este punto, proponemos construir un dispositivo mecánico que permitirá observar en un microscopio óptico, las "huellas" de las variantes de martensita durante la transformación martensítica inducida por esfuerzo en materiales con memoria deforma mono y poli-cristalinos. Las muestras observadas serán previamente analizadas para determinar la orientación cristalina de cada grano y/o del monocristal mediante la técnica denominada Electron Backscatter Diffraction (EBSD).

3.- Estados de esfuerzos inducidos en muestras sometidas a diferentes cargas aplicadas. Para visualizar este fenómeno, se aprovecharán los patrones de deformación asociados a la formación de variantes de martensita en materiales con memoria de forma. Para esto se elaborará un arreglo experimental que consiste en una pequeña prensa de carga con aditamentos que permitirán someter a conjunto de muestras mono-cristalinas fabricas con una aleación de Cu-Al-Be, cuya orientación cristalina haya sido medida empleando la técnica EBSD, a arreglos de carga típicos tales como: compresión, flexión, torsión, flexión torsión etc. La prensa podrá ser montada en un microscopio óptico fijo o móvil preferentemente con interfase a una computadora.

4.- Transmisión de carga a través de medios elásticos. Para mostrar estos efectos se contempla construir varios arreglos que permitan al alumno visualizar el efecto en estudio. 4.1.- El primer arreglo consiste someter una muestra en forma de lámina a flexión en cantilever con carga puntual proveniente de un resorte cuya constante es conocida. 4.2.- El siguiente arreglo consiste en dos láminas en un arreglo tipo cantilever sometidas a una carga puntual proveniente de un resorte que aplica la carga a ambas simultáneamente. 4.3.- Se trata de un arreglo experimental en el que un anillo circular es sometido a una carga de compresión simple mediante una prensa. La pared interna del anillo será instrumentada con 4 galgas extensométricas. 4.4.- Para este caso se elaborará arreglo en el que un anillo circular plástico envuelto en materiales con diferentes rigideces, es sometido a una carga de compresión. El anillo es instrumentado con 4 galgas extensométricas en su pared interna. 4.5.- Este caso se refiere a un arreglo experimental en que se simula una junta tipo: espiga-empaque-campana sometido a presión y vacío. La campana de la junta será instrumentada con galgas extensométricas. Para estos