Clculo del factor de Concentracin de esfuerzos, utilizando SOLIDWORKS

La concentracin de esfuerzos es ocasionada por los cambios abruptos en la geometra del material, que puede ser por filetes y orificios generalmente. Otras formas de concentrar los esfuerzos puede ser la discontinuidad en el material (inclusiones), los esfuerzos residuales, las soldaduras, el trabajo en frio. Es importante estudiar la concentracin de esfuerzos porque un incremento traer como resultado una falla en el material. Los mtodos para calcular la concentracin de esfuerzos son;

el mtodo analtico usando la Teora de la elasticidad,

el mtodo Numrico usando el mtodo de elemento finito y

experimentalmente usando muy pequeas galgas extenciomtricas y por fotoelasticidad.

A continuacin estudiaremos el mtodo de cmo obtener la grfica que nos servirn para describir cmo se comporta el factor de concentracin de esfuerzos Kt en una placa con filetes, con una sujecin en un extremo y una carga axial en el otro extremo. Los resultados obtenidos son independientes del tamao del elemento y del material utilizado; solo depende de las razones de los parmetros involucrados, es decir, de las razones r/h y H/h. El esfuerzo mximo max es obtenido mediante el mtodo de elemento finito utilizando el software SOLID WORKS. Para calcular el esfuerzo promedio prom=P/A utilizamos la carga axial P entre rea en la seccin crtica. Para obtener el factor de concentracin de esfuerzo Kt dividimos el max entre el prom. Deber de considerarse que este procedimiento es vlido solo cuando el max no exceda el lmite de proporcionalidad del material.

La barra plana est sometida a una carga axial P=10000N, tiene 20 cm de largo, un espesor t=1 cm, Se desea calcular el factor de concentracin de esfuerzos. El material que se escogi es un acero de bajo carbono AISI 1020

CASO (H/h=2)

-Simulacin H/h=2, r=0.0025m

-Simulacin H/h=2, r=0.005m

-Simulacin H/h=2, r=0.010m

-Simulacin H/h=2, r=0.015m

-Simulacin H/h=2, r=0.020m

Grfica del comportamiento de Kt con respecto r/h para una relacin H/h=2

CASO (H/h=1.25)

Simulacin H/h=1.25, r=0.00125m

Simulacin H/h=1.25, r=0.00250m

Simulacin H/h=1.25, r=0.00375m

Simulacin H/h=1.25, r=0.00500m

Simulacin H/h=1.25, r=0.00625m

Grfica del comportamiento de Kt con respecto r/h para una relacin H/h=1.25

Grfica del comportamiento de Kt con respecto r/h para una relacin H/h=2 y H/h=1.25

Conclusin Los cambios en la geometra de una pieza ocasionados por cueros, anillos de retencin chaflanes, concentran los esfuerzos provocando falla en las piezas mecnicas. En la grfica podemos observar que entre ms grande sea el radio, los valores del esfuerzo mximo y el factor de concentracin de esfuerzos se reducen. A la vez, encontramos que la aplicacin de software como SOLID WORKS, facilitan la obtencin del factor de concentracin de esfuerzo.Bibliografa Beer Ferdinand P., Mecnica de Materiales, Mc. Graw Hill

Chandrupatla Tirupathi R., Introduction to finite element in Engineering

Daryl L. Logan, A frist course in the Finite element method

Mott Robert L. , Diseo de Elementos de Mquinas, Editorial Pearson

Autores:

MC. Ral Acosta LandnMC. Gildardo Garca Velaraul582002@yahoo.com.mxProfesores del Instituto Tecnolgico de Nuevo LenAdscritos al Depto. de Ingeniera Electromecnica