Elementos de Maquinas.

UNIVERSIDAD DE LA FRONTERAElementos de Maquinas.

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Elementos de Maquinas.

Determinacin del factor Kt y factor de seguridad, que se pueda obtener a travs de un mtodo FEM para una manivela.

NOMBRE: CARRERA: PROFESOR: AYUDANTE: FECHA: 19/10/2012

RESUMEN.

En el desarrollo de los laboratorios hemos trabajado con dos programas de anlisis, uno el CATIA donde se realiza el modelo de distintas piezas, luego con Ansys Worbench, el cual permite realizar un modelado de ensayo de traccin.Lo primero fue realizar un modelo de una manivela, con este modelo ya hemos trabajado en clases en esta ocasin se realizara el anlisis de esfuerzo de von misses mediante el software de Ansys. De esta manera resultara mas fcil obtener una estimacin del comportamiento de dicha manivela cuando es sometida a la fuerza aplicada en su extremo. El material es acero SAE-1045 La importancia de estas herramientas en el rea de ingeniera es muy relevante, permite recrear con mucha exactitud el comportamiento de los materiales dependiendo el diseo y otros componentes, de esta manera una vez que se fabrica un elemento se conocen sus caractersticas dependiendo del uso. Si por alguna razn se requiere de un determinado diseo y este no soporta las condiciones de trabajo, entonces se puede probar otro material o cambiar el modelo de la pieza con la finalidad de obtener siempre el mejor resultado posible.

NDICE.

RESUMEN.2NDICE.3INTRODUCCIN.4OBJETIVOS.5Generales :5Especficos :5Contenido central.6Procedimiento.6Correccin del anlisis.8Tablas de resultados.9Tabla esfuerzos (Pa).9Datos importantes.9Factor de seguridad.9Calculo del factor Kt.10CONCLUCINES.11BIBLIOGRAFIA.12

INTRODUCCIN.

Este informe se realiza con la finalidad de modelar un ensayo de traccin en Ansys Worbench, este programa permite realizar pruebas que se aproximan de manera muy exacta a la realidad, el procedimiento se realiza de forma ms sencilla al disear el modelo en el programa Catia, de esta forma solo se debe llevar este modelo a Ansys en formato igs de manera que sean compatibles, luego de que se genere el modelo podemos realizar un mallado ya sea fino o grueso esto depende del tamao de la pieza a analizar, siempre es recomendable realizar un mallado fino, pues nos entregara un resultado ms aproximado al real, ay que tener cuidado, si hiciramos tal procedimiento en una pieza de gran tamao el clculo que debe procesar el programa tardara demasiado tiempo, entonces en este caso hacemos un mallado grueso (coarse).Debemos realizar adems de lo anterior un clculo de esfuerzo mximo tomando en cuenta la fuerza y rea, esto nos dar un resultado que ser comparado con el que se obtenga en el anlisis del programa, el factor de concentracin de esfuerzo, etc. Se tabularan los datos y obtendremos conclusiones de acuerdo a las caractersticas del acero usado en el ensayo de la manivela.

OBJETIVOS.Generales : Interpretar y disear en laboratorio la manivela en el programa CATIA durante el laboratorio. Realizar el ensayo mediante ANSYS WORBENCH.Especficos : Determinar el factor de concentracin de esfuerzo. Determinar el factor de seguridad de acuerdo al esfuerzo de Von Mises. Identificar donde se producen los Kt y como se lograran disminuir. Tabular los resultados. Que modificaciones aplicadas tanto al diseo como al anlisis de la geometra, deberan efectuarse para que el elemento soporte de mejor manera la carga y no sufra rotura.

Contenido central.

Procedimiento.1- Lo primero fue disear la manivela, para ello se trabajo en el CATIA dndole todas las cotas correspondientes al diseo entregado, adems de designar el tipo de material, que es fundamental para poder realizar el anlisis posterior. Diseo ya generado en Ansys.

Figura N1.

2- Para el anlisis realizado en Ansys Worbench: Se corrigi la fuerza de 500 Kg a 4905 N. El mallado se realizo con el mtodo tetradrico. Con elemen size de 0.01, coarse y tambin con 0.001, fino obteniendo dos resultados levemente distintos.

Se fijo la pieza para poder aplicar la fuerza, el procedimiento es muy fcil de realizarlas caras comprometidas en este proceso se muestran en las figuras siguientes.

Figura N2.Figura N3.El resultado de este ejercicio fue errneo debido a que falto un procedimiento en el anlisis esttico, fue fijar la pieza para que no se genere torsin en la placa de la manivela.

Figura N 4.

Ac se genera el mximo esfuerzo en el centro de la placa, y no es el resultado que buscamos, por lo tanto debemos corregir el procedimiento para poder obtener el resultado ms cercano al real.

Correccin del anlisis. Para evitar el que la placa sufra torsin se realiza una fijacin esttica de la placa, esto evita lo que se muestra en la Figura N4, y se obtendr el esfuerzo mximo correspondiente.

Figura N5.Cara en que se aplica frictionless support, y obtendremos el siguiente resultado.

Figura N6.Este resultado se obtuvo con el mallado grueso, por lo que es menor al que se obtuvo con el mallado fino, la tabla de resultados sern tabulados en una tabla.

Tablas de resultados.

Tabla esfuerzos (Pa).

CoarseFine

Esfuerzo Mximo.5.8114e86.0009e8

Esfuerzo Mnimo.288862.3342e5

Se puede observar una mnima diferencia de los resultados del mallado fino y grueso, esta diferencia se debe que el procedimiento de mallado fino es ms exacto que el mallado grueso, por lo mismo al realizar el solve el mallado fino demora mucho ms para entregar los resultados, llegando incluso a pegar el PC en que se est analizando la pieza, esto acurre por lo general cuando las piezas son demasiado grandes.

Datos importantes.D= 4cm; d= 3cm; r=3mm; acero SAE-1045

Factor de seguridad.Este clculo se determina gracias al resultado que se obtiene en Ansys, necesitamos el esfuerzo mximo del acero de la manivela que lo obtenemos por tabla.yp= 4078 Kg/cm2, en pascales seria: 3.9991e8 Pa.

Mallado grueso

Mallado fino El factor de seguridad diferencia muy poco de dependiendo del mallado fino y grueso, en ambos casos es menor a 1, esto significa que falla la manivela, para poder evitar una falla debemos usar un material de mejores caractersticas que soporte ms de 5926 Kg/cm2.

Calculo del factor Kt.

Con este valor aproximado se puede buscar los valores de A y b en las graficas de torsin y flexin.Kt, torsin.

A=0.84897; b=-0.23161

Kt, flexin.

A=0.956845; b=-0.235133

Esfuerzo de Von Mises (terico).Comenzamos calculando las solicitaciones, que serian el momento flector y el momento torsor de la manivela.Evaluamos los esfuerzos, resumiendo las formulas para que el calculo resulte ms sencillo, las expreso de la siguiente manera.

Estos resultados sern ingresados en la formula de Von Mises.

4990.62Kg/cm2 = 4.8941e8 Pa.Se observa que el resultado terico de Von Mises es levemente menor al resultado obtenido por el software, esto debemos tener presente cuando realicemos anlisis tericos, para no cometer errores que pueden terminar en la falla de un elemento cuando el calculo no lo represente como tal, para evitar fallas siempre el factor de seguridad debe ser mayor que 1 esto mientras mayor sea, mayor es el margen de seguridad y confiabilidad de la pieza.Tambin calculare el factor de seguridad para el elemento. El anlisis terico muestra un factor de seguridad mayor pero sin embargo aun presenta la manivela una falla por

CONCLUCINES.Todo ensayo que se realice en este programa no mostrara en ningn caso una falla evidente, para ello se deben interpretar los datos y de acuerdo a las propiedades del material ensayado se compara el esfuerzo mximo entregado por el programa con el esfuerzo mximo del material.En nuestro caso la manivela falla por fatiga del material, el esfuerzo que debe soportar es mayor al de fluencia del material, esto significa que se deben hacer cambios para evitar la ruptura de esta pieza. Uno de los cambios que se puede aplicar es un aumento en el espesor de la placa y/o un aumento del radio del acuerdo esto aumenta la resistencia de la placa.Otra forma de mantener el diseo analizado es fabricarlo con otro acero con mejores propiedades mecnicas, mayor sigma de fluencia, esto corrige el problema de falla de la manivela.

BIBLIOGRAFIA.

Apuntes tomados durante la clase de laboratorio.