Estudio analítico, numérico y experimental de la influencia térmica en mediciones de deformación sobre elementos estructurales

• Autores: Gustavo G. Vignolo, José A. Vázquez, Axel J. Soto
• Localización: Revista iberoamericana de ingeniería mecánica, ISSN 1137-2729, Vol. 17, Nº 2, 2013, págs. 13-30
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Analytical, numerical and experimental study of the thermal influence in strain measurements of structural elements
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• Resumen
  • español

    La medición de deformaciones en elementos estructurales es una tarea que requiere extremas pre- cauciones tanto en el diseño y montaje del elemento de medi ción como en la interpretación de las lecturas. En general, en el cálculo resistente de estructuras se dimensionan los el ementos que la conforman de modo que sean capaces de soportar las cargas aplicadas y que la deformación que éstos sufren no afecte su desempeño normal. Este concepto produce una complicación mayor al momento de medir las deformaciones provocadas por las cargas dado que, como premisa de diseño, tales deformaciones deben ser peque ñas. Como consecuencia, la magnitud de las deformaciones de in terés son del mismo orden que las pr ovocadas por factores externos co- mo es el caso de la dilatación térmica. En este trabajo se estudia la manera en que la dilatación térmica afecta las mediciones de deformación sobre una viga sometida a esfu erzos efectuados mediante el uso de un dispositivo específico, y se presentan alternativas para compensar tales mediciones de modo que la lectura final sólo con- tenga la información deseada. El sistem a de interés se compone de una viga de gran tamaño en la que se dispone un instrumento de medición de deform ación en paralelo y un termómetro que determina la temperatura del am- biente. Las masas invol ucradas en cada uno de los elementos hacen que las variaciones en el tiempo de sus tem- peraturas sean muy distintas y, en consecuencia, también lo son las dilataciones térmicas asociadas. Para com- prender y compensar este fenómeno, se presenta en prim era instancia el estudio del fenómeno físico que vincula el calor aportado al sistema y las ma sas y temperaturas de los elementos i nvolucrados. Los resultados obtenidos son contrastados con medicione s de laboratorio. En segunda instancia se a borda el análisis de mediciones expe- rimentales de campo y se propone un m odelo computacional basado en la op timización de redes neuronales arti- ficiales para discriminar el esfuerzo de la dilatación térmica.

  • English

    Strain measuring on structural el ements requires to take necessary precautions during the design and as- sembly of the strain gage element, as well as during th e measurement interpretation process. In general, the ele- ments that make up a structure are designe d so that they are able to withstand the applied load, and so that the con- sequent distortion does not affect its nor mal function. The distortion raises an important issue related to the strain measurement, as due to design principles it should be minor . Thereby, the distortions to be evaluated are in the same order of magnitude as those due to external factors, such as thermal expansion. In this work, we study how thermal expansion affects the strain gauging on a beam when a specific device is used. We show different alternatives to compensate the measured deformation, so that the final measurement reflects the intended information. The system we consider has a large beam where a parallel strain gage device is applied and a thermometer is used to measure ambient temperature. The masses of each element of the system yield different thermal variation rates, and hence their thermal expansion variation rates are also different. In order to compensate this fact, we present the analysis of the physical phenomenon that relates the heat contributed to the system and th e masses of the elements. The results are compared to empirical measurements. Finally, the analysis of the experimental measurements is studied, and we propose a computational model based on artificial neur al networks to estimate the thermal expansion.