Cálculo de la velocidad de deformación: fórmulas y guía ASTM

Entonces, ¿qué es exactamente la tasa de deformación?

En términos más claros, la velocidad de deformación describe con precisión la rapidez con la que se deforma un material. Es el cambio específico en la deformación (tensión) que ocurre a lo largo del tiempo, generalmente expresado en s⁻¹.

Aunque parezca una cifra estática en una hoja de cálculo, muchos materiales son sensibles a la velocidad de deformación. Siempre recordamos a nuestros clientes que, al modificar la velocidad, se caracteriza un comportamiento diferente del material. Diferentes velocidades de deformación pueden revelar propiedades mecánicas dependientes de la velocidad, como la resistencia y la ductilidad (Zhang et al., 2019; Harant et al., 2024; Baciu et al., 2020).

Consideremos los polímeros utilizados en el tablero de un vehículo. Bajo el calor moderado de un día de verano (baja tasa de deformación), ese material necesita expandirse y comportarse casi como un fluido viscoso. Sin embargo, durante una colisión (que requiere pruebas de tracción de alta tasa de deformación), ese mismo material necesita absorber energía sin convertirse en metralla peligrosa.

Si está validando ese polímero en una máquina compacta como nuestra Serie QEEstas diferencias se aprecian de inmediato. A bajas velocidades, la curva es suave y flexible; a altas, presenta picos. Si se prueba ese polímero a una velocidad arbitraria, se está evaluando su seguridad.

Matemáticas: fórmula y cálculo de la tasa de deformación

Para mantener la consistencia y la defensa de sus resultados de laboratorio, simplemente debe familiarizarse con los cálculos matemáticos subyacentes antes de configurar el software. Si bien los sistemas modernos se encargan del procesamiento pesado, insistimos en que todo técnico debe dominar el cálculo manual de la tasa de deformación para identificar cualquier irregularidad.

La fórmula de velocidad de deformación estándar se expresa como:

ε̇ = v / L₀

Lugar:

• ε̇ (punto épsilon): tasa de deformación (normalmente expresada en s⁻¹ o min⁻¹)
• v: La velocidad de la deformación (por ejemplo, mm/min)
• L₀:La longitud de calibre inicial de la muestra (por ejemplo, mm)
   

Ejemplo de cálculo de la tasa de deformación

Imaginemos que estás probando una muestra de hueso de perro de metal estándar.

• Su longitud de calibre (L₀) es de 50 mm.
• Establezca la velocidad (v) de su máquina de pruebas universal (UTM) en 5 mm/min.

El cálculo de la tasa de deformación se vería exactamente así:

ε̇ = 5 mm/min / 50 mm = 0.1 min⁻¹

Para convertir esto a segundos (s⁻¹):
0.1 / 60 = 0.00167 s⁻¹

Saber cómo calcular manualmente la tasa de deformación en situaciones de pruebas de tracción es útil para la verificación, pero como analizaremos en la siguiente sección, descubrimos que simplemente ingresar la velocidad de la máquina en función de esta fórmula de tasa de deformación rara vez es suficiente para aplicaciones de alta precisión.

Velocidad de cruceta vs. tasa de deformación real: la variable oculta

Imagen

Necesitamos abordar un descuido frecuente. La velocidad que ingresas en el software (mm/min) es... no La misma que la tasa de deformación que realmente soporta la muestra. Los gerentes de laboratorio experimentados saben exactamente a qué nos referimos. En nuestra experiencia, casi nunca son idénticos.

La velocidad del cabezal transversal se utiliza a menudo para controlar la tasa de deformación, pero no siempre corresponde directamente a la tasa de deformación real experimentada por la muestra; la tasa de deformación real se mide con mayor precisión utilizando medidores de tensión o métodos ópticos como la correlación de imágenes digitales (DIC) (Naumann, 2024; Xia et al., 2015). 

Debido a la "complacencia de la máquina" (esa tendencia inevitable del marco de carga, las mordazas pesadas y los accesorios a estirarse ligeramente bajo carga), la velocidad que usted establece no es la velocidad que experimenta la muestra dentro de su longitud de calibre.

Esta es exactamente la razón por la que diseñamos nuestro Máquinas de pruebas universales de la serie QM con bastidores excepcionalmente rígidos. Si bien ninguna máquina es perfectamente rígida, el uso de un sistema electromecánico robusto como la Serie QM o el preciso Serie QTens minimiza significativamente estos errores de cumplimiento en comparación con alternativas más endebles. 

Sin embargo, seguimos desaconsejando encarecidamente confiar en el control de cruceta de bucle abierto para datos críticos.

El papel fundamental de los extensómetros

Para lograr ese control de circuito cerrado increíblemente preciso, donde la máquina regula su propia velocidad en tiempo real, consideramos que la utilización de un extensómetro es absolutamente esencial. 

No entraremos en detalles aquí, pero colocar un extensómetro con clip o de video reduce la brecha entre las cifras estimadas y los datos reales, garantizando que el cálculo de la tasa de deformación refleje la realidad.

Errores comunes en el cálculo de la tasa de deformación

Incluso los ingenieros experimentados pueden encontrarse con estos problemas. Observamos estos errores con frecuencia en la práctica, y evitarlos es la única manera de mantener un estricto cumplimiento al aprender a calcular la velocidad de deformación en ensayos de tracción.

• Confundir longitud paralela con longitud de calibre: La fórmula requiere L₀ (la longitud del calibre específico), no la longitud total de la sección reducida.
• Mala gestión de las unidades: La mezcla de minutos y segundos es la causa más frecuente de errores de cálculo. Recomendamos estandarizar las unidades antes de aplicarlas a la fórmula de velocidad de deformación.
• Ignorando el cumplimiento del sistema: Como mencionamos anteriormente, los errores comunes en el cálculo de la tasa de deformación incluyen suponer que la velocidad del cabezal transversal es igual a la tasa de deformación sin tener en cuenta la deformación de la muestra o la flexibilidad de la máquina, lo que lleva a una caracterización inexacta del material (Naumann, 2024).

Manejo de normas: Tasa de deformación en pruebas de tracción ASTM

Si es proveedor o fabricante, probablemente cumpla con normativas como ASTM E8/E8M (para metales) o ASTM D638 (para plásticos). Hemos observado que los requisitos de ASTM para la velocidad de deformación en ensayos de tracción son cada vez más específicos en lo que respecta al control de bucle cerrado.

Generalmente los protocolos difieren dependiendo de la etapa de la prueba:

1. Región elástica: La prueba generalmente exige una velocidad de deformación deliberadamente lenta para capturar perfectamente el módulo de elasticidad y el punto de fluencia.
2. Región Plástica: Una vez que el material cede, a menudo se aumenta la velocidad para acelerar el proceso de fractura.

Las máquinas de prueba modernas deben ser capaces de controlar la velocidad con una precisión increíble para mantener la tasa de deformación específica de la prueba de tracción ASTM durante todo el procedimiento. Creemos sinceramente que si su máquina no tiene la inteligencia para ajustar automáticamente la velocidad del motor a medida que el material se endurece, no está alcanzando la precisión deseada.

Más rápido: Pruebas de tracción de alta velocidad de deformación

Las pruebas estándar son suficientes para condiciones cuasiestáticas, pero las velocidades típicas son inadecuadas para la I+D moderna. Estamos observando un cambio significativo en el que las pruebas de tracción a alta velocidad de deformación (que a menudo superan entre 1 s⁻¹ y 1000 s⁻¹) son la norma esperada.

Piensa en el cinturón de seguridad de tu coche familiar. En condiciones normales de uso, la correa se desenrolla suavemente. Pero en un choque, debe bloquearse y soportar una carga enorme en una fracción de segundo. Probar esa correa a una velocidad estándar de 50 mm/min es completamente inútil, ya que el material se endurece drásticamente con el impacto. La misma lógica se aplica a la caída de un smartphone: las juntas soldadas en el interior experimentan una tasa de deformación que una máquina estándar simplemente no puede replicar.

Aquí es donde los marcos electromecánicos estándar dejan de serlo. Para estas aplicaciones de alta fuerza que requieren pruebas de tracción de alta velocidad de deformación, necesita la potencia hidráulica de nuestros... Serie QT-HW2 o, para cargas extremas, la masiva QTM-3000Estos sistemas están diseñados para proporcionar la rápida aceleración necesaria para capturar datos durante ese impacto de una fracción de segundo.

Las pruebas de tracción a alta velocidad de deformación son esenciales para comprender el comportamiento de los materiales en condiciones de carga dinámica, revelando fenómenos como la sensibilidad a la velocidad de deformación y los cambios en los modos de fallo (Noh et al., 2024; Zhang et al., 2019; Mukherjee, 2025; Agirre et al., 2023). Este tipo de datos rápidos es vital para:

• Seguridad automotriz: Simulación de impactos de choque sobre los metales del chasis.
• Fabricación aditiva y de materiales compuestos: Comprender cómo las capas impresas en 3D o los tejidos de fibra de carbono se separan ante un impacto repentino.
• Defensa: Análisis de balística y materiales de blindaje protector.

La realización de estas pruebas requiere equipos especializados capaces de acelerar rápidamente y capturar datos de alta frecuencia. Consideramos esto como la nueva frontera de las pruebas de materiales, donde solo los sistemas más capaces pueden funcionar eficazmente.

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At QualitestSabemos que obtener cifras satisfactoriamente precisas es lo que impulsa la seguridad y la innovación del producto. Sabemos que, ya sea que esté realizando un cálculo básico de velocidad de deformación para un control de calidad rutinario o un proyecto de investigación exhaustivo, la fiabilidad de su Máquina Universal de Ensayos (UTM) es fundamental.

El control y la medición precisos de la velocidad de deformación mejoran la confiabilidad de los datos de propiedades mecánicas, lo cual es crucial para aplicaciones en ingeniería aeroespacial, automotriz y estructural (Dear et al., 2025; Xia et al., 2015; Naumann, 2024). 

Ofrecemos una cartera completa de soluciones de prueba rentables diseñadas para cumplir con estas rigurosas normativas globales, incluyendo todas las especificaciones ASTM de velocidad de deformación para ensayos de tracción. Nuestras máquinas proporcionan un control de velocidad impecablemente preciso y la adquisición de datos de alta resolución necesarios para gestionar todo tipo de aplicaciones, desde el cumplimiento de las normas ASTM a baja velocidad hasta aplicaciones dinámicas.

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Referencias

• Agirre, J., Abedul, D., De Argandoña, E., Otegi, N., Galdós, L., & Erice, B. (2023). Un aparato automático de pruebas termomecánicas para aplicaciones de conformado de metales. Revista internacional de ingeniería de impacto.
• Baciu, F., Rusu-Casandra, A. y Pastrama, S. (2020). Prueba de propiedades de tracción del acero a baja velocidad de deformación. Materiales hoy: Actas.
• Estimado, J., Zhang, R., Shi, Z. y Lin, J. (2025). Un nuevo enfoque de aprendizaje automático basado en datos para mejorar el control de la velocidad de deformación en pruebas termomecánicas de chapas metálicas. Ing. Apl. Artif. Intell., 151, 110746.
• Harant, M., Verleysen, P., Forejt, M. y Kolomý, Š. (2024). Efectos de la velocidad de deformación y la anisotropía en la conformabilidad y el comportamiento mecánico de la aleación de aluminio 2024-T3. Metales.
• Mukherjee, A. (2025). Estudio de las propiedades mecánicas dinámicas y microestructuras de la aleación de aluminio 7075 T651 mediante barra de presión Split-Hopkinson y máquina de ensayos universal.. Revista internacional de ingeniería y gestión de la información.
• Naumann, D. (2024). Influencia de un método de ensayo de tracción controlado por velocidad de deformación óptica en las propiedades mecánicas de chapas metálicas. Actas de investigación sobre materiales.
• Noh, H., Lee, S., Cho, J. y Kim, D. (2024). Investigación de la resistencia a la compresión dinámica del hormigón mediante el uso de una máquina de ensayo universal hidráulica de alta velocidad. Materiales de construcción y construcción.
• Xia, Y., Zhu, J. y Zhou, Q. (2015). Verificación de un programa de múltiples máquinas para ensayos de materiales desde cuasiestáticos hasta de alta tasa de deformación. Revista internacional de ingeniería de impacto, 86, 284 294-.
• Zhang, X., Shi, Y. y Li, Z. (2019). Estudio experimental sobre el comportamiento a tracción de laminados de CFRP unidireccionales y de tejido liso bajo diferentes velocidades de deformación.. Compuestos Parte B: Ingeniería.