Laboratorio de análisis experimental de esfuerzos

Abstract

Mecánica de sólidos es una asignatura de ciencias de la ingeniería obligatoria para las carreras de ingeniería mecánica, mecatrónica e industrial, que se imparten en la Facultad de Ingeniería. En ella se analizan y modelan los efectos en el interior de un cuerpo deformable por su interacción con las cargas externas. Estas cargas externas cambian la geometría del sólido generando esfuerzos y deformaciones. En la asignatura se estudian los conceptos de fuerza axial, cortante, momento flexionante, cálculo de vigas, elementos sujetos a torsión, esfuerzos combinados y transformaciones de esfuerzos y deformaciones.

En este sentido, mecánica de sólidos es una materia fundamental para el diseño de elementos de máquinas. Si bien es importante, su enseñanza actual se limita a consideraciones teóricas, brindando soluciones de tipo analítico. En la actualidad no se tiene una parte experimental en donde el estudiante pueda reforzar los conceptos adquiridos en clase. La propuesta concreta es desarrollar un laboratorio de prácticas de análisis experimental de esfuerzos. En dicho laboratorio se estudiarán los efectos de la aplicación de cargas a elementos simples sujetos a diversas solicitaciones. La preparación implica que al estudiante se le forme en el dominio de los conceptos de extensometría eléctrica y fotoelasticidad. Asimismo el estudiante deberá adquirir la habilidad de instrumentar un elemento que se someterá a condiciones de carga y del cual se analizarán los esfuerzos y deformaciones resultantes.

En esta dirección se desarrollarán siete prácticas que integran en su conjunto el laboratorio de análisis experimental de esfuerzos, éstas son:

1. Análisis experimental de esfuerzos 2. Extensometría eléctrica 3. Adquisición de datos 4. Programación en LabVIEW 5. Flexión en vigas 6. Torsión en barra circular y en no circular 7. Fotoelasticidad

Es de hacer notar que el trabajo no sólo implica el desarrollo de protocolos experimentales, ya que se requiere de la fabricación de accesorios y dispositivos para la implementación de las prácticas.

En el grupo de trabajo se cuenta con la experiencia suficiente para que el proyecto se concluya con éxito. El responsable, el corresponsable y otros integrantes participaron en los proyectos PAPIIT micromecánica de hueso I y II, en los que se realizó la instrumentación de diversos tipos de hueso que fueron sometidos a diferentes solicitaciones, todo esto a través del uso de extensometría eléctrica, sistemas de adquisición de datos y lenguajes de instrumentación virtual. La información obtenida sobre esfuerzos y deformaciones alimentó los modelos matemáticos y computacionales que se desarrollaron para la simulación de las propiedades de hueso. Por otra parte, integrantes del equipo tienen la experiencia en la impartición de las asignaturas de elementos de mecánica del medio continuo y mecánica de sólidos, esto además de laboratorio de modelado de procesos de manufactura en donde los beneficios que brinda del análisis experimental son importantes.

Este proyecto beneficia directamente a 250 estudiantes que en promedio se inscriben por semestre a la asignatura de Mecánica de Sólidos en la Facultad de Ingeniería, serán también beneficiados alumnos del laboratorio de Modelado de procesos de manufactura , ya que se utilizarán las facilidades del laboratorio para que los alumnos puedan alimentar los modelos computacionales con datos experimentales.

Los protocolos generados pueden ser tomados como referencia para generar ayudas experimentales en la asignatura de mecánica de materiales de la carrera de Ingeniería Civil de la propia Facultad de Ingeniería. Resulta evidente que este material también podrá tomarse con base para otros programas de estudio similares de la universidad.