Diseño de un dispositivo para la realización de ensayos cuasi-estáticos, en muestras de pequeñas dimensiones

Abstract

El objetivo principal del trabajo es el desarrollo del diseño conceptual de un equipo para hacer ensayos de tracción sobre probetas de pequeñas dimensiones, en condiciones de laboratorio, y que permita observaciones en el microscopio óptico in-situ. Este objetivo se enmarca en algunas de las líneas de investigación del área metalurgia, tendientes a entender la relación microestructura/mecanismos de daño/propiedades de aleaciones ferrosas de alta resistencia. Las actividades y los principales resultados del trabajo se agrupan en cuatro capítulos: En el CAPÍTULO 1, Se presenta el diseño global del dispositivo como así también cada uno de los diferentes subsistemas que componen el mismo. Se identifican diferentes características y restricciones del problema, y se especifican los requerimientos mínimos. Luego, se plantea un esquema general del diseño del equipo, el cual cuenta con tres subsistemas claramente diferenciados, el subsistema mecánico (sistema de transmisión y actuador), el subsistema sensor (sensor de carga y sensor de desplazamiento) y el subsistema de adquisición y control (controlador, adquisición de datos). Como resultado, se identifica y seleccionan los diferentes componentes de los subsistemas que forman parte del diseño general del equipo, considerando las restricciones de diseño y presupuestarias impuestas. En el CAPÍTULO 2, se comienza a trabajar con el desarrollo específico del subsistema mecánico. Se presenta el detalle de cada uno de los componentes de este subsistema. Se desarrolla el cálculo y diseño del tornillo de movimiento, del sistema de reducción, sistema de transmisión de movimiento entre los tornillos propuestos, estructura, marcos y mordazas, etc. A su vez, se desarrollan los cálculos necesarios para verificar su correcto funcionamiento y montaje, como así también verificar la integridad de los componentes ante los esfuerzos máximos de diseño. En el CAPÍTULO 3, se aborda la descripción del sistema sensor y la adecuación de las correspondientes señales. Se diseñó un marco adecuado para poder fijar la celda de carga, garantizando mediciones precisas y confiables, y, que, a su vez, cuente con un sector roscado, que permita la trasmisión de movimiento del tornillo. Además, se realizó el acondicionamiento de la señal mediante la amplificación de la misma utilizando un AD620 y la conversión analógica a digital mediante un AD1115. Esto permite la lectura de los datos de la celda de carga a través de una placa Arduino en sus entradas digitales. En relación con el sensor de fibra óptica tipo Y, se desarrollaron los circuitos de emisión y recepción de luz. Se utilizó un LED de alta potencia de color rojo para la emisión de luz y se empleó un sensor OPT para la recepción de la señal óptica. En el CAPÍTULO 4, se presenta el subsistema de adquisición y control. Se abordan los algoritmos de control aplicables al motor paso a paso, así como el proceso de adquisición y almacenamiento de los valores obtenidos por los sensores de fuerza y desplazamiento. Se presenta el desarrollo de una interfaz que permite la visualización procesada de los datos adquiridos por los sensores, junto con el control de algunas de las variables que se pueden establecer del ensayo. En el CAPÍTULO 5 se presenta un análisis económico del costo asociado a la fabricación del equipo propuesto. En el CAPÍTULO 6 se enuncian las conclusiones generales del trabajo, en el CAPÍTULO 7 se mencionan posibles trabajos futuros, mientras que en el CAPÍTULO 8 se presenta el listado de referencias utilizadas a lo largo del trabajo.