diseño eje fatiga usando solidwork
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diseño eje fatiga usando Solidwork, mediante la herramienta de solidwork simulation, y comparando con la teoria de falla por fatiga de los autores shigley y nortonTRANSCRIPT
Diseño eje fatiga
Objetivo: Simular y calcular diseño por fatiga empleando formulas analíticas y paquete de simulación de solidwork
Fatiga por flexión completamente alternante
Diámetro de pieza=25,4 mm (1 pulg)
Longitud de pieza=100 mm (10 cm)
Material de la pieza= acero aisi 1020, Limite elástico=351,57 MPa
Esfuerzo ultimo tensión=420,5 Mpa
Carga perpendicular=1 kN (1000 N)
M=Momento=1000*0,1=100N*m
Formula analítica
Esfuerzo axial máximo=M*r/I
I=π*(r^4)/4
Esfuerzo axial Maximo=4*M/ π*(r^3)=4*100/ π*(0,012^3)=62158275,32
Esfuerzo axial Maximo=62,16 MPa
Esfuerzo axial minimo=-62,16 MPa
Esfuerzo alternante= (Esfuerzo axial Maximo- Esfuerzo axial minimo)/2=62,16 MPa
Esfuerzo medio=(Esfuerzo axial Maximo+Esfuerzo axial minimo)/2=0
R=Esfuerzo minimo/Esfuerzo Maximo=-1
A=esfuerzo alternante/esfuerzo medio=∞
Limite de vida infinita=0,5*Esfuerso ultimo de tensión=210,25 Mpa
Factor de seguridad=Limite de vida infinita/Esfuerzo alternante=3,34
Resultados simulación
Especificar: dar clic derecho en los diferentes iconos y especificar.
Material: material y elegir “definir de modulo de material” “Basado en curvas de acero Austenistico”
Suceso: elegir simulación estatica en “estudio”, especificar numero de aplicaciones de carga “1000000” y variación de la misma “completamente invertido”
Resultado: ejecutar estudio, clic derecho en resultados y extraer factor de carga de estudio
Resultado: Factor de seguridad=3,49
Carga axial completamente aleternante
Formula analítica
Esfuerzo axial=F/A
A=π*(d^2)/4=3,14*(0,0254^2)/4=0,00045 m2
Esfuerzo axial=10000 N/0,00045 m2=22104853,21 N/ m2
Esfuerzo axial=22,1 MPa
Esfuerzo axial Maximo=22,1 MPa
Esfuerzo axial minimo=-22,1 MPa
Esfuerzo alternante= (Esfuerzo axial Maximo- Esfuerzo axial minimo)/2=22,1 MPa
Esfuerzo medio=(Esfuerzo axial Maximo+Esfuerzo axial minimo)/2=0
R=Esfuerzo minimo/Esfuerzo Maximo=-1
A=esfuerzo alternante/esfuerzo medio=∞
Limite de vida infinita=0,5*Esfuerso ultimo de tensión=210,25 Mpa
Factor de seguridad=Limite de vida infinita/Esfuerzo alternante=10
Factor de seguridad fatiga simulado=8,37
Momento torsional completamente aleternante
T=Momento torsor=100 N*m
Formula analítica
Esfuerzo cortante=T*r/J
J=momento polar de inercia=2*I (solo para ejes)
Esfuerzo cortante=31 Mpa
Esfuerzo equivalente de von misses=[((sx-sy)2+(sx-sz)2+(sy-sz)2+6(txy2+txz2+tyz2))/2]1/2
Esfuerzo equivalente de von misses=53,8 Mpa.
Esfuerzo axial Maximo=31 MPa
Esfuerzo axial minimo=-31 MPa
Esfuerzo alternante= (Esfuerzo Maximo- Esfuerzo minimo)/2=31,1 MPa
Esfuerzo medio=(Esfuerzo Maximo+Esfuerzo minimo)/2=0
R=Esfuerzo minimo/Esfuerzo Maximo=-1
A=esfuerzo alternante/esfuerzo medio=∞
Limite de vida infinita=0,5*Esfuerso ultimo de tensión=210,25 Mpa
Factor de seguridad=Limite de vida infinita/Esfuerzo alternante=3,9
Factor de seguridad fatiga simulado=3,61
Cargas combinadas: con las fórmulas de análisis estático se obtiene los esfuerzos alternantes von mises y el medio igual a cero y se llegan a las siguientes conclusiones respecto a la simulación
Para cargas combinadas el factor de seguridad teórico es 2,14
Para la simulación de cargas combinadas alternantes como sucesos independientes no se presentan resultados de factor de seguridad solo de daño igual a 300 es decir se asume que cada carga ocurre en diferentes tiempos y en un orden específico
Para la simulación de cargas combinadas alternantes como un solo suceso se presenta resultados de factor de seguridad son 2,21
Esfuerzo axial con esfuerzo medio diferente de cero
Los esfuerzo ya fueron calculados anteriormente en el caso que el esfuerzo varía entre 0 y el máximo entonces el esfuerzo alternante es la mitad y de igual forma lo es el medio la fórmula para calcular el factor de seguridad es la siguiente
caso 3
Nf=210*420/(10*420+10*210)=13,99
caso 1
N=(350/10)*(1-(10/350))=34
caso 2
N=(210/10)*(1-(10/420))=20.4
Factor de seguridad fatiga=16 cercano al caso 3.
Carga axial R=0.5
Formula analítica
Esfuerzo axial=F/A
A=π*(d^2)/4=3,14*(0,0254^2)/4=0,00045 m2
Esfuerzo axial=10000 N/0,00045 m2=22104853,21 N/ m2
Esfuerzo axial=22,1 MPa
Esfuerzo axial Maximo=22,1 MPa
Esfuerzo axial minimo=11 Mpa
Esfuerzo alternante= (Esfuerzo axial Maximo- Esfuerzo axial minimo)/2=5.5 MPa
Esfuerzo medio=(Esfuerzo axial Maximo+Esfuerzo axial minimo)/2=16.5
R=Esfuerzo minimo/Esfuerzo Maximo=0.5
Limite de vida infinita=0,5*Esfuerso ultimo de tensión=210,25 Mpa
caso 3
Nf=210*420/(5.5*420+16.5*210)=15.272
caso 1
N=(350/16.5)*(1-(5.5/350))=20.8
caso 2
N=(210/5.5)*(1-(16.5/420))=36.68
Factor de seguridad fatiga=31.8 que es mas cercano al caso de línea de carga 2
Tarea
Simular los mismos problemas de los casos estaticos para fatiga