ObtencióndelosFactoresdeIntensificacióndeEsfuerzosen

unRotorFisuradoL.M.PalaciosPineda(a),R.GarcíaIllescas(b),J.C.GómezMancilla

(c),R.GuzmánNogales(a)

(a)  InsGtutoTecnológicodePachuca(b)  InsGtutodeInvesGgacionesEléctricas

(c)InsGtutoPolitécnicoNacional

Antecedentes

Fractura de la chapa de un ala de un Jet de pasajeros

Fallo en el tren de aterrizaje de un avión de pasajeros como consecuencia de la fractura del eje

Antecedentes

Rotor fisurado en una turbina hidráulica Pelton

ObjeGvo

•  ObtenerlosfactoresdeintensidaddeesfuerzosKIalolargodetodoelfrentedeunagrietatransversalqueseencuentraenelejedeunamaquinariarotatoria.

•  Obtenerestosvaloresdurantelaoperacióndeleje.

MecánicadelaFractura

Modosdecarga

•  ElejeseencontraráoperandoenelmodoIdebidoasupropiopeso,provocandoelrespirodelagrieta.

FactordeIntensidaddeEsfuerzos

En fatiga:

Factordeintensidaddeesfuerzo

𝐾↓1 =𝛽 𝜎 √𝜋 𝑎 

𝐾=𝜎√𝜋𝑎  MPa√m 

kpsi√in 

Elementosconnodosintermediosa1/4

Ejefisurado

Section A-A

Crack front

η

ξ

CL

L / 2

g

L / 2

Nomenclatura

D

a

h x

Modelodeelementofinito

Modelodeelementofinito

Elementosconnodosintermediosauncuarto

Elementosconnodosintermediosauncuarto

Procedimientodelcálculo

•  Geometríadeleje

•  GeneracióndelamallaNodosa¼enlafisura.•  Condicionesdefrontera

a/D =0.5 L/D =20 D=1 cm

Ux=0 Uy=0 Uz=0

Ux=0 Uz=0

Y

X

Procedimientodelcálculo•  Carga

•  DefinicióndelCrackTip(Nodos)

Y

X

F F=10N

CM,CRACKTIP,NODE ! CRACK TIP NODE COMPONENT CINT,NEW,1 ! CRACK ID CINT,CTNC,CRACKTIP ! CRACK TIP NODE COMPONENT CINT,NCON,5 ! NUMBER OF COUNTOUR CINT,NORM,0,3 ! CRACK PLANE NORMAL CINT,LIST

469

1 733

817

1066

205

289

553

1034

Procedimientodecálculo

•  Establecercontactoenlapartefisurada

Procedimientodecálculo

•  CalcularKI,MétodoCINT

SET,LAST PRCINT,1 ! J INTEGRAL VALUES /OUT, /COM, /COM, ********** CALCULATING STRESS INTENSITY USING CINT COMMAND ************** *GET,J1,CINT,1,,1,,5 ! GET THE J VALUE FOR CRACK TIP NODE 1 *STAT,J1 CON1 = 2.11E5 / (1-(0.3*0.3)) K1 = SQRT(ABS(J1)*CON1) *STATUS,K1

Respirodelafisura

-90°

-75°

-60°

-45°

-30°

0°

30°

45°

60°

75°

90°

Resultados

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5

StressIn

tensity

Factor

x/h

KI,CINT-75°

KI,CINT-60°

KI,CINT-45°

KI,CINT-30°

KI,CINT0°

KI,CINT30°

KI,CINT45°

KI,CINT60°

KI,CINT75°

KI,CINT90°

Comparaciónconotrosresultados

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

Shin&Cai;a/d=0.5

MEF(NISA);a/d=0.5

MEF(ANSYS);a/d=0.5

Conclusiones

•  Enpresenciadegrieta,elFIEeselparámetroquedeterminaelestadodeesfuerzos.

•  ElFIEesvariablealolargodelagrietaytambiéndurantelarotacióndeleje,portantoproducefaGga.

•  ElincrementodelosesfuerzoscíclicosdisminuyelavidaporfaGga,tantoenlafasedeiniciodefisuracomodepropagación.

Referencias[1] Richard G. Budynas & J. Keith Nisbett (). Diseño en ingeniería mecánica de Shigley (9ª Ed.). México: Mc Graw Hill. [2] José L. A. & Javier J. G. Mecánica de fractura [Versión electrónica]. Universidad del País Vasco. [3] Mecánica de Fractura, Jorge Luis González, Limusa, 2ª. Edición, 2004.

Graciasporsuatención