Barra de Hopkinson
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Barra de presión de Hopkinson
La mayoría de los materiales muestran un cambio significativo en el comportamiento mecánico a medida que la tasa de deformación (la tasa de deformación) aumenta. Esto es particularmente evidente en las altas tasas de deformación (> 10² Sˉ¹) que se producen en condiciones de impacto o carga explosiva. Para los materiales poliméricos, tanto el módulo elástico como la tensión de flujo pueden aumentar sustancialmente con la velocidad de deformación. La técnica de la barra de presión de Hopkinson dividida (SHPB) es el método mejor establecido para determinar estas propiedades dinámicas de los sólidos a altas velocidades de deformación en el rango de aproximadamente 10² a 10⁴ Sˉ¹. En sus diversas formas, la técnica SHPB puede producir datos de tensión / deformación / velocidad de deformación en compresión, tensión y torsión. La versión más utilizada de la técnica SHPB es el sistema de compresión, en el que un pequeño disco del material que se está investigando se intercala entre dos barras de acero largas y de alta resistencia llamadas barras de carga y presión del transmisor. En 1913 Bertram Hopkinson desarrolló una técnica para determinar las relaciones
entre tiempo y presión debidas al impacto producido por una bala o la detonación
de un explosivo. Este trabajo fue publicado bajo el titulo “The Pressure Bar”. Se utiliza una barra de Hopkinson dividida para determinar dinámicamente las constantes del material, por ejemplo, el módulo de Young o la tensión mecánica. El módulo de Young es una constante material que mide cuánto se deforma un componente cuando se le aplica una fuerza. Una barra de Hopkinson Presión (SHPB) se utiliza para probar las propiedades del material de alta tasa de deformación de los materiales. La barra de Hopkinson se utiliza para imponer una carga dinámica de una muestra de material similar a la que el material va a experimentar en situaciones dinámicas como choques de vehículos u otros eventos de alta energía.
La muestra de material se coloca entre dos barras en la barra Hopkinson dividida: la barra incidente y la barra de transmisión. Un llamado delantero, por ejemplo, un proyectil acelerado por aire comprimido, golpea la barra incidente provocando un pulso de onda elástica. Este pulso de onda elástica atraviesa la primera barra. Parte del pulso se refleja en el extremo de la barra, la otra parte atraviesa la muestra de material hasta la barra de transmisión. Las galgas extensométricas (SG) instaladas en las superficies de la barra incidente y la barra de transmisión miden las deformaciones causadas por el pulso de la onda elástica. Las galgas extensométricas permiten determinar las amplitudes del pulso de onda elástica aplicado a la barra incidente, el pulso reflejado y el pulso transmitido.
¿Cuál es la diferencia entre usar una barra de Hopkinson dividida y una máquina de prueba de material estática?
El módulo de Young generalmente se determina a partir de una curva de tensión-deformación creada en una máquina de prueba en condiciones cuasi-estáticas, es decir, con tasas de deformación (muy) pequeñas. Sin embargo, el comportamiento del material puede diferir sustancialmente con cargas dinámicas. Dependiendo de si también ocurren cargas dinámicas en una estructura, el ingeniero de diseño también debe conocer las propiedades dinámicas del material. Normalmente, una máquina de ensayo de materiales simple no puede aplicar las altas tasas de deformación requeridas.
