Upload
others
View
4
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Workshop
Maquinaria Agrícola
Herramientas de Diseño
24 de Octubre de 2018
Sebastián D’hers
Franco Scarone
Herramientas de Diseño
Modelado Computacional
• Modelo Matemático –Mayormente Método de Elementos Finitos
• Propiedades Mecánicas – Modos de Falla
• Comportamiento Dúctil vs Frágil
• Resistencia a la Fisuración
• Estimación de Cargas
• Estáticas
• Dinámicas
• Estado de tensiones
• Tensiones residuales
• Predicción de Performance
Teorías de Falla
y
2
y
y
?
Modo de Falla
• Fluencia
• Fisuración
• Colapso
Material
• Dúctil
• Frágil
• Cohesivo
Cargas
• Estáticas
• Dinámicas (Fatiga – Vibraciones)
• Impacto (Energía)
Efectos del estado de tensiones
Tensiones tridimensionales
Tensión de Amplitud
Tensión Media
Factor de Seguridad
𝜎𝑎𝑚𝑝𝑙𝑖𝑡𝑢𝑑 = ∆𝜎𝑥 − ∆𝜎𝑦
2+ ∆𝜎𝑦 − ∆𝜎𝑧
2+ ∆𝜎𝑧 − ∆𝜎𝑥
2 + 6(∆𝜏𝑥𝑦2 + ∆𝜏𝑦𝑧
2 + ∆𝜏𝑧𝑎2
2
𝜎𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 =𝜎𝑥 + 𝜎𝑦 + 𝜎𝑧
3
𝜂 = 𝜎𝑎𝑚𝑝𝑙𝑖𝑡𝑢𝑑
1 −𝜎𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎𝜎𝑙𝑖𝑚𝑖𝑡𝑒
Shigley's Mechanical Engineering Design (McGraw-Hill Series in Mechanical Engineering), 2014 by Richard G Budynas and Keith J Nisbett
Efectos del estado de tensiones
Tensiones tridimensionales
Tensión de Amplitud
Tensión Media
Factor de Seguridad
𝜎𝑎𝑚𝑝𝑙𝑖𝑡𝑢𝑑 = ∆𝜎𝑥 − ∆𝜎𝑦
2+ ∆𝜎𝑦 − ∆𝜎𝑧
2+ ∆𝜎𝑧 − ∆𝜎𝑥
2 + 6(∆𝜏𝑥𝑦2 + ∆𝜏𝑦𝑧
2 + ∆𝜏𝑧𝑎2
2
𝜎𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 =𝜎𝑥 + 𝜎𝑦 + 𝜎𝑧
3
𝜂 = 𝜎𝑎𝑚𝑝𝑙𝑖𝑡𝑢𝑑
1 −𝜎𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎𝜎𝑙𝑖𝑚𝑖𝑡𝑒
Shigley's Mechanical Engineering Design (McGraw-Hill Series in Mechanical Engineering), 2014 by Richard G Budynas and Keith J Nisbett
Efectos de las propiedades de los materiales
Tensiones tridimensionales
Tensión límite
Tensión fatiga axial
Exponente b
Factor del acabado
• Shot peening – > K=1.1
𝜎𝑙𝑖𝑚𝑖𝑡𝑒 = 𝜎𝑓𝑎𝑡𝑖𝑔𝑎_𝑎𝑥𝑖𝑎𝑙 2𝑁 𝑏𝐾
Shigley's Mechanical Engineering Design (McGraw-Hill Series in Mechanical Engineering), 2014 by Richard G Budynas and Keith J Nisbett
Sensibilidad 5% - Propiedades Mecánicas
Propiedades Mecánicas vs Composición Química
C max Mn max P max S max RT min E min A% Sfatiga Coef.Fatiga
1006 0,08 0,40 0,04 0,05 318 206 24 756 -0,13
LD-20 0,13 0,6 0,03 0,035 315 195 33
LG-36 0,19 1,2 0,030 0,035 410 255 25
1018 0,20 0,90 0,04 0,05 354 200 -- 782 -0,11
F22 0,21 0,38 0,03 0,035 310-460 215 26
F24 0,21 0,44 0,03 0,035 360-510 235 24
F30 0,21 0,52 0,03 0,035 450-600 295 22
F36 0,22 055 0,30 0,035 490-640 355 22
1020 0,23 0,60 0,04 0,05 392 186 21 850 -0,12
F26 0,25 0,45 0,03 0,035 400-550 250 23
1030 0,34 0,90 0,04 0,05 454 206 19 902 -0,12
1035 0,38 0,90 0,04 0,05 476 196 18 906 -0,11
4340 0,43 0,80 0,04 0,04 825 206 14 1232 -0,10
4142 0,45 1,10 0,04 0,04 1412 206 15 1820 -0,08
1045 0,50 0,09 0,04 0,05 671 216 15 1099 -0,11
8% de diferencia!
Sensibilidad 10% - Material aproximado
800% de diferencia!
Modelado de una llanta
Modelado de una llanta a Fatiga
Tensiones Iniciales por Montaje
• Estimación por modelado del proceso productivo
• Medición experimental - ASTM E-837
Tensiones causadas por el neumático
Casos de Carga por Norma ISO 3006
• Rodadura – Rolling
• Curvas - Cornering
Mallado - Grupos
Contacto de montaje
• Aro
• Soldadura
• Disco
Mallado - Fijaciones
• Concentradores
de tensiones
• Precarga
• Variabilidad
• Disco
Fatiga en Rodadura
Fatiga en Curva
Modelado de una llanta a Fatiga
Tensiones Iniciales por Montaje
Tensión Media Tensión de Amplitud
Modelado de una llanta a Fatiga
Tensiones por Neumático
Tensión Media Tensión de Amplitud
Modelado de una llanta a Fatiga
Tensiones por rodadura
Tensión Media Tensión de Amplitud
Modelado de una llanta a Fatiga
Tensiones por curvas
Tensión Media Tensión de Amplitud
Tensiones en bulones
Tensiones por rodadura
Vida Con shot peening Sin shot peening
Interna Superficial Interna Superficial
Fatiga en rodadura
3.50 4.06 3.15 3.66
Modelado de una llanta a Fatiga
Tensiones por curvas – Tensiones Circuneferenciales
Vida Con shot peening Sin shot peening
Interna Superficial Interna Superficial
Fatiga en las curvas
7.67 8.51 7.64 9.62
Tensiones en bulones
Otros casos
Modelado de un eje
Concentración de Tensiones
Estructura Soldada
Elementos Cáscaras
Uniones abulonadas
• Efecto rigidizante en la zona por compresión
• Hipótesis de no deslizamiento
• Tensiones inválidas en la zona de apriete
Conclusiones
Vida a la fatiga de llantas
• Satisfactorio
• Tensiones de montaje altas
• Efectos locales en los bulones
• Acabado superficial clave para la iniciación del proceso de fisuración
• Efecto de las tensiones residuales – Validados experimentalmente
Balance entre la Realización de Ensayos y el Desarrollo de Modelos
Comentarios generales
Todo software de análisis es útil si sabemos lo que hace y se usan:
• Propiedades Mecánicas precisas
• Condiciones de carga
Aspectos del rediseño con Aceros de mayor resistencia
• Resistencia a la fatiga – Implica conocer el ciclo de tensiones en cada punto
• Rigidez de la estructura – No relacionada con la resistencia
• Efectos de la soldadura – zona afectada por el calor
• Superposición de procesos – Conformado – Soldadura – Tratamiento
Térmico
itbauniversidad
@itba
MÁS INFORMACIÓN > www.itba.edu.ar
Muchas Gracias por su atención
CeMat - Centro de Ingeniería en Materiales https://www.itba.edu.ar/id/centro-de-ingenieria-de-los-
materiales/
CMC – Centro de Mecánica Computacional
https://www.itba.edu.ar/id/centro-de-mecanica-computacional/
MODELADO – EL PROBLEMA DE LA CONFIANZA
“El método de elementos finitos hace
a un buen ingeniero uno mejor y a un
mal ingeniero, peligroso”
Robert. D. Cook