Analysis of shear hat test in digital environment

Análisis del ensayo del sombrero de cizalla en un entorno digital

La determinación de las curvas de flujo de los metales, indispensables para las simulaciones numéricas de los procesos de conformado, suele limitarse a los ensayos de tracción o compresión. Sin embargo, en algunos casos es necesario determinar también el comportamiento de tensión-deformación por cizallamiento de los materiales. En este artículo se han realizado análisis digitales de ensayos de cizallamiento a temperatura ambiente de varios aceros, una aleación de aluminio AlMg3 y una aleación de magnesio AZ80. Se realizaron análisis comparativos de los parámetros del proceso y de la geometría de la probeta en función del desplazamiento de la herramienta para una mejor comprensión del procedimiento de ensayo.

INTRODUCCIÓN

En las simulaciones numéricas de procesos de conformado, las propiedades de los materiales se describen principalmente mediante curvas de flujo obtenidas a través de ensayos de tracción o compresión. Sin embargo, en algunos casos, como la carga de impacto a alta velocidad, la forja, la carga de tubos [1], etc., es necesario determinar también las tensiones de cizalladura. Para ello, se han desarrollado varios ensayos, como el ensayo de torsión, el ensayo de doble cizalladura, el ensayo de cizalladura de Iosipescu y el ensayo de cizalladura de carril con muescas en V (ambos según las normas ASTM) para analizar las chapas metálicas, y el ensayo de torsión y el ensayo de cizalladura para analizar los metales a granel.

El ensayo shear-hat se basa en el recalcado de probetas en forma de sombrero para obtener una zona de deformación por cizallamiento puro. Se utilizan dos tipos diferentes de probetas para definir las condiciones de carga de cizallamiento del material analizado. El tipo A [2 - 4] tiene un diámetro superior exterior mayor que el diámetro interior, mientras que el tipo B [5, 6] tiene una relación opuesta de los diámetros observados (Figura 1). Una fuerza de compresión aplicada a la parte superior de la probeta induce una tensión de cizallamiento en un cono truncado en el tipo A o únicamente una zona de deformación en forma de anillo considerando la probeta de tipo B. Piers et. all [4] estudiaron la influencia de los radios interior y exterior de la probeta y su relación. Se descubrió que los mejores resultados se obtienen cuando el radio interior es ligeramente menor que el exterior (tipo A) para que también haya cierta presión normal en la zona de cizallamiento. La zona de cizalladura pura es más homogénea gracias a esta presión normal en su zona media. En cambio, en las probetas de tipo B aparecen tensiones longitudinales que influyen negativamente en la formación de la zona de cizalladura.