¿Cómo funciona la barra de Hopkinson?

Los ensayos con barra de Hopkinson constituyen un método de prueba de materiales de valor perfectamente contrastado. A diferencia de los equipos de ensayo cuasiestáticos, una barra de Hopkinson permite determinar propiedades de los materiales en condiciones dinámicas. Este método se utiliza cada vez con mayor frecuencia en múltiples aplicaciones gracias a la creciente potencia de la tecnología de medición y ensayo.

La barra de Hopkinson se emplea para determinar constantes de los materiales en condiciones dinámicas, como por ejemplo el módulo de Young o la tensión mecánica. El módulo de Young es una constante de los materiales que resulta de medir la deformación de un componente cuando se le aplica una fuerza.

El británico Bertram Hopkinson, ingeniero eléctrico, fue el primero en proponer este tipo de mediciones en 1914. El banco que se utiliza en la actualidad se basa en una modificación realizada por Herbert Kolsky en Londres, en 1949. A veces también se denomina barra de Hopkinson-Kolsky.

La muestra de material se coloca entre los dos segmentos de la barra de Hopkinson: la barra incidente y la barra de transmisión. Un percutor (por ejemplo, un proyectil impulsado por aire comprimido) golpea la barra incidente originado un impulso de impacto.

Este impulso atraviesa la primera barra. Una parte de él se refleja en el extremo de esta, y otra parte atraviesa la muestra del material hasta alcanzar la barra de transmisión.

Las galgas extensométricas instaladas en las superficies de la barra incidente y la barra de transmisión miden la deformación generada por el impulso. Las galgas extensométricas permiten determinar las amplitudes de los impulsos aplicados a la barra incidente, el impulso reflejado y el impulso transmitido.

Requisitos de la tecnología de medición y ensayo

¿Qué requisitos debe reunir la tecnología de medición y ensayo para su uso en una barra de Hopkinson?

Para utilizar una barra de Hopkinson es preciso instalar galgas extensométricas en las superficies de la barra incidente y la barra de transmisión, además de un potente sistema de adquisición de datos. Así lo confirman las últimas investigaciones: “En general, la respuesta de frecuencia mínima de todos los componentes del sistema de adquisición de datos debe ser 100 kHz. (Cheng / Song, Split Hopkinson Bar, S. 9)”.

La serie Genesis HighSpeed de medición y ensayo de HBM constituye el sistema de adquisición de datos perfecto para uso en una barra de Hopkinson. Además, HBM proporciona galgas extensométricas desarrolladas y producidas internamente para su uso en una barra de Hopkinson.

¿En qué difiere este sistema de los equipos de ensayos de materiales estáticos?

¿Qué diferencia existe entre utilizar una barra de Hopkinson y un equipo de ensayo de materiales estático?

El módulo de Young se determina normalmente a partir de una curva de esfuerzo-deformación creada en un equipo de ensayo en condiciones cuasiestáticas; es decir, con índices de extensión (muy) pequeños. No obstante, el comportamiento del material puede variar considerablemente con cargas dinámicas. Si en una estructura también se producen cargas dinámicas, el ingeniero de diseño deberá conocer además las propiedades dinámicas del material.

Para ello se requieren unos índices de esfuerzo muy elevados que, en general, no pueden aplicar los equipos de ensayo de materiales sencillos.

Vídeo de la barra de Hopkinson

An Introduction to Split-Hopkinson Bar Testing and Dynamic Strain Measurements

 

¿Dónde puedo encontrar más información?

En el libro de Weinong Chen y Bo Song, un referente en este campo, se ofrece una completa explicación sobre el funcionamiento y uso de la barra de Hopkinson: “Split Hopkinson (Kolsky) Bar- Design, Testing and Applications".

Consultra extractos del libro en Google books.

Distintos institutos de investigación de todo el mundo utilizan la barra de Hopkinson. Un ejemplo es el Bundesanstalt für Materialprüfung de Berlín, Alemania. Entre los servicios que ofrece este instituto figura la determinación de propiedades de materiales.


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