La máquina de pruebas de presión servohidráulica controlada por microordenador se elige principalmente por su capacidad para ejecutar un cambio preciso y automatizado entre el control de carga y el control de desplazamiento. Esta capacidad de modo dual es esencial para probar columnas de hormigón ligero confinadas con tubos de acero inoxidable, ya que permite a los investigadores aplicar una fuerza constante inicialmente y luego pasar sin problemas al control de la velocidad de deformación una vez que el material comienza a ceder.
Idea Clave: El valor de esta máquina específica radica en su capacidad para prevenir fallos repentinos y catastróficos durante las pruebas. Al cambiar al control de desplazamiento después de la fluencia, "atrapa" la muestra, lo que permite registrar detalladamente la resistencia residual y la degradación gradual del material, en lugar de solo su punto de rotura.
El Mecanismo de Control
Pre-fluencia: Velocidad de Carga Constante
En las etapas iniciales de la prueba, la columna de hormigón se comporta elásticamente. Durante esta fase, la máquina utiliza el control de carga para aplicar fuerza a una velocidad constante y estable.
Esto asegura que el esfuerzo aplicado a la columna aumente de manera lineal y predecible. Simula con precisión la acumulación de peso o presión que la columna experimentaría en un escenario estructural del mundo real hasta su punto de fluencia.
Post-fluencia: Control de Desplazamiento
Una vez que la muestra alcanza su punto de fluencia (donde comienza a deformarse permanentemente), la máquina cambia automáticamente al control de desplazamiento de alta precisión.
En lugar de aumentar la fuerza, la máquina ahora controla la distancia que se mueve el cabezal de compresión. Esto es fundamental porque, después de la fluencia, el material puede requerir menos fuerza para continuar deformándose; el control de desplazamiento permite a la máquina seguir este comportamiento sin aplastar la muestra instantáneamente.
Captura de Comportamientos Críticos del Material
Registro de la "Rama Descendente"
Las máquinas de prueba estándar a menudo no logran capturar datos después de que se alcanza la resistencia máxima, lo que resulta en una caída repentina de los datos.
La máquina controlada por servo captura la rama descendente de la curva de tensión-deformación. Estos datos revelan cómo se comporta la columna a medida que falla, proporcionando información vital sobre su ductilidad y capacidades de absorción de energía.
Análisis de la Redistribución de Esfuerzos
Las columnas compuestas dependen de la interacción entre el tubo de acero y el núcleo de hormigón.
A medida que el hormigón se agrieta y expande, el tubo de acero lo confina. El control preciso de esta máquina permite a los investigadores observar este proceso de redistribución de esfuerzos, específicamente cómo se transfiere la carga entre el hormigón que falla y el tubo de acero que lo restringe.
Medición de la Capacidad de Carga Residual
Incluso después de que el hormigón alcanza su resistencia máxima, conserva cierta capacidad de carga debido al confinamiento del tubo de acero.
Esta máquina permite que la prueba continúe de manera segura en esta fase. Captura la capacidad de carga residual, que es esencial para comprender los márgenes de seguridad en eventos sísmicos o de sobrecarga.
Permitiendo la Correlación Avanzada de Datos
Monitorización de Deformación en Tiempo Real
Mientras la máquina controla la compresión a nivel macro, proporciona un entorno estable para sensores externos.
Los galgas extensométricas de resistencia de alta sensibilidad adheridas al tubo de acero dependen del funcionamiento suave de la máquina para capturar datos precisos de deformación longitudinal y lateral sin ruido ni picos de vibración.
Seguimiento de los Coeficientes de Confinamiento
La estabilidad del control servo permite el cálculo del coeficiente de confinamiento.
Los investigadores pueden correlacionar los datos de carga de la máquina con las lecturas de las galgas extensométricas para cuantificar exactamente cuánta sujeción proporciona el tubo de acero al núcleo de hormigón en cada milisegundo de la prueba.
Observación de la Evolución del Coeficiente de Poisson
La transición del comportamiento elástico al elastoplástico implica un cambio significativo en cómo el material se abulta bajo presión.
Los datos recopilados durante la compresión controlada de la máquina permiten la observación del coeficiente de Poisson, siguiendo su evolución desde un 0.3 estable en la fase elástica hasta un 0.7 mucho mayor en la fase elastoplástica.
Comprender las Compensaciones
Complejidad de la Operación
Este nivel de precisión requiere una programación sofisticada. El operador debe definir con precisión el punto de conmutación entre el control de carga y el de desplazamiento; establecerlo incorrectamente puede provocar fallos prematuros o datos inválidos.
Coste y Mantenimiento del Equipo
Los sistemas servohidráulicos son significativamente más caros y complejos que las prensas hidráulicas estándar. Requieren un mantenimiento riguroso del fluido hidráulico y las válvulas servo para mantener la respuesta de alta precisión necesaria para el control de desplazamiento.
Tomando la Decisión Correcta para Su Proyecto
Si está decidiendo qué equipo utilizar para pruebas estructurales, considere sus necesidades analíticas específicas:
- Si su enfoque principal es obtener cargas de fallo simples: Una máquina de pruebas hidráulica estándar es suficiente y más rentable.
- Si su enfoque principal es analizar la ductilidad y el comportamiento post-pico: Absolutamente necesita una máquina de servohidráulica controlada por microordenador para capturar la rama descendente de la curva de tensión-deformación.
- Si su enfoque principal es estudiar la mecánica de confinamiento: El control servo es necesario para proporcionar el entorno de deformación lento y estable requerido para que las galgas extensométricas de alta sensibilidad registren datos precisos de expansión lateral.
En resumen, utilice esta máquina cuando necesite comprender no solo cuándo falla una columna, sino cómo falla.
Tabla Resumen:
| Característica | Prensa Hidráulica Estándar | Máquina Servohidráulica |
|---|---|---|
| Modo de Control | Manual/Carga Fija | Conmutación Automática de Carga y Desplazamiento |
| Captura de Datos | Solo Carga Pico | Curva Completa Tensión-Deformación (incl. Rama Descendente) |
| Manejo Post-fluencia | Fallo Catastrófico | Deformación Controlada (Atrapando la muestra) |
| Valor de Investigación | Pruebas de Resistencia Básicas | Ductilidad, Absorción de Energía y Capacidad Residual |
| Mejor Uso Para | Controles de Calidad Rutinarios | Investigación Avanzada de Materiales y Análisis Estructural |
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Referencias
- Ruiqing Zhu, Haitao Chen. A Study of the Performance of Short-Column Aggregate Concrete in Rectangular Stainless Steel Pipes under Axial Compression. DOI: 10.3390/buildings14030704
Este artículo también se basa en información técnica de Kintek Press Base de Conocimientos .
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