21.estudio de fatiga por el método fem

Cad/cam/cae práctica n°21

Estudio de Fatiga por el método FEM en el software SolidWorks. 1

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ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO.

INGENIERÍA MECATRÓNICA.

CAD/CAM/CAE.

INFORME DE LABORATORIO.

PRÁCTICA N° 21.

INTEGRANTES : - Jenny Mata.

- Edison Herrera.

NIVEL : Noveno

FECHA : 17de Enero del 2012.

PROFESOR : Ing. Fausto Acuña.

1. TEMA:

Estudio de Fatiga por el método FEM en el software SolidWorks.

2. OBJETIVOS:

2.1. OBJETIVO GENERAL:

2.1.1. Crear un análisis de Fatiga por el métodoFEM (Método de Elementos Finitos)del

elemento mecánico biela de un motor de combustión interna en cosmoswork.

2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

2.2.1. Definir el concepto de Fatiga.

2.2.2. Definir curvas SN de Fatiga.

2.2.3. Realizar un ensayo de Fatiga mediante el software COSMOSWORKS.

2.2.4. Determinar los factores de seguridad, tanto del análisis estático como el

análisis de fatiga mediante el software.

2.2.5. Determinar los pasos para realizar un análisis de Fatiga.

2.2.6. Asignar propiedades de material al modelo manualmente.

2.2.7. Generar gráficas de respuesta al fenómeno.

2.2.8. Analizar los resultados de Fatiga.

2.2.9. Crear un informe detallado del estudio con sus respectivos resultados.



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3. MATERIALES UTILIZADOS:

3.1. Software Solidworks + COSMOS.

3.2. Ejercicios de aplicación práctica.

3.3. Computadora Personal.

4. MARCO TEÓRICO:

FATIGA.

Introducción. 1

En el estudio de los materiales en servicio, como componentes de órganos de máquinas o

estructuras, debe tenerse en cuenta que las solicitaciones predominantes a que

generalmente están sometidos no resultan estáticas ni cuasi estáticas, muy por lo

contrario en la mayoría de los casos se encuentran afectados a cambios de tensiones, ya

sean de tracción, compresión, flexión o torsión, que se repiten sistemáticamente y que

producen la rotura del material para valores de la misma considerablemente menores

que las calculadas en ensayos estáticos.

Este tipo de rotura que necesariamente se produce en el tiempo, se denomina de fatiga

aunque es común identificarla como roturas por tensiones repetidas, tensiones que

pueden actuar individualmente o combinadas.

Ensayo de fatiga.2

Un ensayo de fatiga es aquel en el que la pieza está sometida a esfuerzos variables en

magnitud y sentido, que se repiten con cierta frecuencia.

Muchos de los materiales, sobre todo los que se utilizan en la construcción de máquinas

o estructuras, están sometidos a esfuerzos variables que se repiten con frecuencia. Es el

caso de los árboles de transmisión, los ejes, las ruedas, las bielas, los cojinetes, los

muelles,...

Cuando un material está sometido a esfuerzos que varían de magnitud y sentido

continuamente, se rompe con cargas inferiores a las de rotura normal para un esfuerzo

de tensión constante.

Si a un material se le aplican tensiones repetitivas (cíclicas) de tracción, compresión,

flexión, torsión, etc., comenzaremos por medir los valores de los esfuerzos a que están

sometidas las piezas

1 http://tq.educ.ar/grp0128/Ensayos/fatiga.htm 2 http://iesvillalbahervastecnologia.files.wordpress.com/2009/09/ensayo-de-fatiga-y-dureza.pdf

http://tq.educ.ar/grp0128/Ensayos/fatiga.htm

http://iesvillalbahervastecnologia.files.wordpress.com/2009/09/ensayo-de-fatiga-y-dureza.pdf



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– El valor máximo de la tensión a que está sometida

– El valor mínimo de la tensión

– La diferencia entre el valor máximo y mínimo

– El valor medio (σmed)

CLASIFICACIÓN DE LOS ENSAYOS DE FATIGA.3

En general los ensayos de fatiga se clasifican por el espectro de carga- tiempo, pudiendo

presentarse como:

- Ensayos de fatiga de amplitud constante.

- Ensayos de fatiga de amplitud variable.

Ensayos de fatiga de amplitud constante.

Los ensayos de amplitud constante evalúan el comportamiento a la fatiga mediante

ciclos predeterminados de carga o deformación, generalmente senoidales o triangulares,

de amplitud y frecuencia constantes.

Son de ampliación en ensayos de bajo como de alto número de ciclos, ponderan la

capacidad de supervivencia o vida a la fatiga por el número de ciclos hasta la rotura

(inicio y propagación de la falla) y la resistencia a la fatiga por la amplitud de la tensión

para un número de ciclos de rotura predeterminado.

Es usual denominar como resistencia a la fatiga a la máxima tensión bajo la cual el

material no rompe o aquella que corresponde a un número preestablecido de ciclos

según los metales o aleaciones.

A este respecto la norma ASTM E define como límite de fatiga a la tensión que

corresponde a un número muy elevado de ciclos.

Ensayo de fatiga de amplitud variable.

En fatiga, cuando la amplitud del ciclo es variable, se evalúa el efecto del daño acumulado

debido a la variación de la amplitud del esfuerzo en el tiempo. Son ensayos de alto

número de ciclos con control de carga, que según el espectro de carga elegido serán más

o menos representativos de las condiciones de servicio.

Manifestación y Proceso de Falla:

Un material sometido a tensiones repetidas o fluctuantes fallará a una tensión mucho más

baja que la necesaria para producir la fractura bajo carga constante. Es decir: la

3 http://www.ing.unlp.edu.ar/aeron/catedras/archivos/Fatiga.pdf

http://www.ing.unlp.edu.ar/aeron/catedras/archivos/Fatiga.pdf



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aplicación repetida de una tensión ocasiona el deterioro progresivo de un material,

siendo que la misma tensión aplicada estáticamente no tiene ningún efecto permanente.

Este deterioro se manifiesta a través de la formación de fisuras en el material, que

eventualmente pueden llevar a la rotura.

Cabe recalcar que la fatiga ocurre bajo toda clase de cargas y a tensiones tanto altas como

bajas; pero este fenómeno solo afecta a las piezas cuando están sometidas a solicitaciones

repetidas de una cierta amplitud.

Describiremos el proceso que ocurre en los metales al estar sometidos a fatiga simple (la

forma más sencilla de fatiga), que tiene lugar bajo tensiones de tracción y compresión

alternadas (siempre dentro del rango elástico) sobre miembros libres de

discontinuidades. Su progreso puede explicarse de la siguiente manera: a los pocos ciclos

de acción de la carga repetida comienzan a producirse cambios aislados en la estructura

atómica en puntos dispersos del material; estos rápidamente comienzan a desarrollar

fisuras submicroscópicas que crecen a media que los ciclos continúan, hasta tener

proporciones microscópicas y eventualmente llegan a ser visibles; finalmente, cuando la

fisura llega a un tamaño tal que debilita la pieza, se produce su rotura. Si bien no existe un

cambio notable en la estructura del metal que falló por fatiga, en general, se puede dividir

el proceso de evolución de la falla en tres etapas denominadas: nucleación (a),

propagación o crecimiento de la fisura (b y c) y rotura (d). 4

Evolución de la falla.

Nucleación (a): se produce en los metales cuando el nivel de tensión aplicada es menor

que el límite elástico estático. Aparece una deformación masiva generalizada, hasta que el

metal endurece lo suficiente como para resistir la tensión aplicada (Acritud Total) en un

punto determinado denominado Punto de Iniciación. Éste suele estar situado en zonas en

donde los granos tienen mayor grado de libertad, en zonas de concentración de tensiones

como ser entallas, cantos vivos, rayas superficiales o bien en inclusiones y poros.

4 http://tq.educ.ar/grp0128/Ensayos/fatiga.htm




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Propagación (b y c): abarca la mayor parte de la duración del proceso fatiga y se

extiende desde el momento en que se produjo el endurecimiento por deformación

generalizada (acritud total) hasta la formación de una grieta visible.

Rotura (d): es la propagación de la grieta hasta que es lo suficientemente grande como

para producir la rotura.

La superficie de la fractura tiene dos zonas características:

a) Zona Lisa: aparece debido al roce por la propagación de la grieta a través de la

sección.

Esta propagación, para el caso de procesos de carga en servicio, se indica con una

serie demarcas anulares (llamadas líneas de parada o de reposo, similares a las

marcas que dejan las olas sobre la playa), que se generan a partir del Punto de

Nucleación (punto de concentración de tensiones). A su vez, podemos distinguir:

Marcas de Playa: se forman en el frente de la fisura al producirse un reposo en el

funcionamiento de la pieza. Consecuentemente no aparecerán en el caso de

probetas, que generalmente se ensayan sin interrupción.

Líneas Radiales: a veces las fisuras que se generan en la superficie (que es el lugar

más frecuente) progresan según frentes a niveles levemente escalonados; en un

dado momento de su desarrollo, sin embargo, coalescen quedando estas líneas

radiales como huellas de las diferencias de nivel iniciales.

b) Zona Rugosa: Aparece al romper la pieza por disminución de la sección efectiva

sana ante el mismo valor de carga actuante. La rotura final, contrariamente a la zona

con marcas de playa que es lisa y suave, presenta una superficie fibrosa y de relieve

muy accidentado. Se trata de la zona remanente sana, demasiado pequeña para

aguantar un ciclo mas de solicitación, que termina rompiéndose frágilmente.



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Análisis del origen de las Fallas por Fatiga. Primero nos ocuparemos del daño al material que resulta solo de la repetición de la carga. Estudiaremos primero los efectos de la fatiga simple. Cuando hayamos entendido sus mecanismos, los efectos de concentración de tensiones y deformaciones plásticas pueden ser estudiados como extensión de estos mecanismos. La mayoría de las fisuras de fatiga comienzan en discontinuidades visibles, que actúan como multiplicadores de tensiones, como ser: orificios, empalmes, chaveteros y discontinuidades microscópicas tales como inclusiones, rechupes, defectos de fabricación, etc.

Curva S-N

Estas curvas se obtienen a través de una serie de ensayos donde una probeta del material

se somete a tensiones cíclicas con una amplitud máxima relativamente grande

(aproximadamente 2/3 de la resistencia estática a tracción). Se cuentan los ciclos hasta

rotura.

Este procedimiento se repite en otras probetas a amplitudes máximas decrecientes.Los

resultados se representan en un diagrama de tensión, S, frente al logaritmo del número

N de ciclos hasta la rotura para cada una de las probetas.

Los valores de S se toman normalmente como amplitudes de la tensión .

Se pueden obtener dos tipos de curvas S-N. A mayor tensión, menor número de ciclos

hasta rotura.

En algunas aleaciones férreas y en aleaciones de titanio, la curva S-N se hace horizontal

para valores grandes de N, es decir, existe una tensión límite, denominada límite de fatiga,

por debajo del cual la rotura por fatiga no ocurrirá.5

5 http://es.wikipedia.org/wiki/Fatiga_de_materiales

http://es.wikipedia.org/wiki/Probeta_%28mec%C3%A1nica%29

http://es.wikipedia.org/wiki/Tracci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADmite_de_fatiga

http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Curva_wohler.jpg



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DEFINICIONES.6

Límite de resistencia

Al reducirse la tensión alterna, es probable que sean necesarios más ciclos de tensión

para que el material presente un fallo por fatiga. El límite de resistencia es la tensión

alterna mayor que no tiene como resultado un fallo por fatiga. En otras palabras, si la

tensión alterna es igual o menor que el límite de resistencia, la cantidad de ciclos de

tensión que causan fallo se hace muy grande (prácticamente infinita). El límite de

resistencia se define generalmente para las tensiones alternas con media en cero. El

límite de resistencia también se denomina límite de fatiga. Algunos metales no tienen un

límite de resistencia cuantificable.

Tensión alterna

La tensión alterna se define como:

(máx. - mín.)/2

Donde máx. y mín. son las tensiones máxima y mínima respectivamente.

Intervalo de tensión

Tensión = (máx. - mín.)

Tensión media

Tensión media = Sm = (máx. + mín.)/2

Corrección de la tensión media

Coeficiente de tensión

Coeficiente de tensión = mín./máx.

Ciclo de fatiga

El ciclo de fatiga, a un nivel de tensión alterna y media dados, es la cantidad de ciclos

requerida para causar fallo por fatiga.

Resistencia a la fatiga

6 http://www.ing.unlp.edu.ar/aeron/catedras/archivos/Fatiga.pdf

http://help.solidworks.com/2010/spanish/SolidWorks/cworks/LegacyHelp/Simulation/AnalysisBackground/FatigueAnalysis/Mean_Stress_Correction.htm




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La tensión en la que se produce el fallo por fatiga después de una cantidad de ciclos de

carga dada.

Corrección de tensión media7

La amplitud de la tensión media para un ciclo de tensión se calcula como la mitad del

intervalo de tensiones del ciclo.

La cantidad de daño causada por el ciclo de tensión depende no solamente de la tensión

alterna sino también de la tensión media.

Por ejemplo, los dos ciclos siguientes tienen la misma tensión alterna pero debido a que

tienen tensiones medias diferentes, causan cantidades de daño diferentes.

El efecto de las tensiones medias en los ciclos para ocasionar fallos se ilustra en el

siguiente diagrama, llamado diagrama de Haigh.

7 http://materias.fi.uba.ar/6716/Fatiga_1_EI.pdf

http://materias.fi.uba.ar/6716/Fatiga_1_EI.pdf



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La tensión media es cero sólo cuando la carga es totalmente reversible. El caso más

directo se produce cuando se proporciona una curva S-N con la misma relación-R que la

de la carga. En este caso, la curva S-N se utiliza directamente ya que no es necesaria

ninguna corrección. Si define las curvas S-N con factores-R diferentes, el software explica

la tensión máxima por medio de la interpolación lineal entre las curvas. Si sólo se

proporciona una curva S-N con una relación-R que es diferente de la relación-R de la

carga, es necesaria una corrección.

Para explicar los métodos de corrección, permítanos definir las variables siguientes para

un ciclo de tensión:

Smax. = tensión máxima

Smin. = tensión mínima

S = intervalo de tensión = Smax.- Smin.

Sa = tensión alterna = (Smax - Smin.)/2

Smean = tensión media = (Smax. + Smin.)/2

R = Factor de tensión = Smin./Smax.

A = relación de amplitud = Sa/Smean

Los factores de tensión y de amplitud se encuentran listados para algunas cargas

comunes:

Tipo de carga Factores de tensión y

amplitud

Totalmente

reversible R = -1, A = infinito

Cero a máximo R = 0, A = 1

Cero a mínimo R = infinito, A=-1

Métodos de corrección 8

En el siguiente caso:

Sca = la tensión alterna corregida (basada en la media cero.),

8 http://tq.educ.ar/grp0128/Ensayos/fatiga.htm




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0

Sy = límite elástico y

Su = límite de ruptura

El software ofrece los métodos siguientes para calcular Sca:

Método Ecuación

1. Método de Goodman,

generalmente

adecuado para los

materiales frágiles

2. Método de Gerber,

generalmente

adecuado para los

materiales dúctiles

3. Método de

Soderberg,

generalmente el más

conservador

Tanto en el caso de los sucesos de amplitud variable como en los de amplitud constante,

el software calcula la tensión media, además de la tensión alterna de cada ciclo, y a

continuación evalúa la tensión corregida utilizando el criterio especificado.

Método Rainflow para conteo de ciclos

El Método Rainflow para conteo de ciclos extrae la composición de historial de carga de

amplitud variable. El software implementa el método de la siguiente manera:

1. Extraiga picos y valles del historial de carga.

2. Equipara las amplitudes del primer punto de datos y del último anexando un

punto de datos si fuera necesario.

3. Detecta el pico más alto y reorganiza los datos de tal manera que el pico más alto

se transforma en el primer y último punto.

4. Inicia el conteo de los picos de la siguiente manera:

a. Considere los primeros cuatro picos y valles (1, 2, 3 y 4). Se cuenta un ciclo

Rainflow si el segundo segmento es verticalmente más corto que el primer

segmento y que el tercero (es decir, b es más pequeño que a y c).



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b. Si se cuenta un ciclo, el programa inicia desde el principio del registro

ignorando los picos que ya fueron contados. Si no se cuenta ningún pico, el

programa comprueba el conjunto de picos siguiente (los picos 2, 3, 4 y 5) y el

proceso continúa. Al final, cada pico y cada valle corresponden a un ciclo

Rainflow.

c. Ignora y carga los ciclos que están por debajo del porcentaje especificado en

las propiedades del estudio.

d. Divide los intervalos de tensión alterna y media en el número de celdas

especificado en las propiedades del estudio. Puede ver los resultados en el

Cuadro matriz Rainflow.

5. PROCEDIMIENTO:

5.1. Obtener un modelo de la pieza a ser objeto de estudio.

5.2. Abrimos el software Solidworks: Vamos al Menú Inicio de Windows > Todos los

programas > Solidworks 2011.

http://help.solidworks.com/2010/spanish/SolidWorks/cworks/LegacyHelp/Simulation/Dialog_Box_Help/IDH_HELP_FATIGUEDAMAGECHART.html



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REALIZACIÓN DE LA PIEZA.

5.3. Dibujamos el croquis mostrado a continuación.

5.4. Procedemos a extruir el croquis en dos direcciones (7mm a cada lado),

seleccionando los contornos mostrados en la imagen.



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3

5.5. Cambiamos la vista de la pieza a la cara frontal como se muestra en la siguiente

figura e insertamos un croquis sobre dicha cara.

5.6. Dibujamos el siguiente croquis sobre la cara seleccionada.

5.7. Agregamos un redondeo con 5mm de radio a las cuatro esquinas delrectángulo.



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4

5.8. Sin cerrar el croquis, seleccionamos la operación “Extruir-Corte” con una

profundidad de 5mm.

5.9. Insertamos un croquis en la cara frontal y realizamos el siguiente dibujo,

insertando un círculo, convirtiendo entidades de la pieza y dándole una relación de

tangencia al círculo externo con los arcos tres puntos.

5.10. Seleccionamos los contornos mostrados en la imagen y procedemos a extruir a

5mm.



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5.11. Realizamos la misma acción para el circulo superior, tomando en cuenta que los

dos círculos que se dibujan sobre este son concéntricos, y que el de mayor diámetro

debe ser coradial con el radio de la parte superior de la pieza, como se muestra en

la imagen, una vez dibujado el croquis procedemos a extruir 5mm.

5.12. Agregamos un redondeo de 4mm a las aristas mostradas en la imagen.

5.13. Agregamos un redondeo de 2mm a las aristas mostradas en esta imagen.



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5.14. Procedemos a aplicar simetría de operaciones con respecto al plano Alzado, y

seleccionando todas las operaciones anteriormente realizadas, con lo cual

obtenemos el siguiente resultado.

5.15. Por ultimo insertamos un croquis en cualquiera de las dos caras planas inferiores y

dibujamos un círculo con acotaciones como muestra la imagen, y aplicamos

simetría de croquis con respecto a la línea constructiva.

5.16. Sin cerrar el croquis, seleccionamos Extruir corte Por todo como se muestra en la

imagen.



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5.17. Una vez terminada la biela debe tener el siguiente aspecto:

Para crear el análisis de fatiga, se debe tener sucesos anteriores de los cuales partir para

que se ejecute el estudio de fatiga.

Introducción al Análisis estático.

Una vez dibujada la pieza, se someterá a las condiciones de trabajo a las que se enfrentara

mientras el motor está trabajando. Para realizar dicho procedimiento se requiere que se

lea con atención cada paso indicado a continuación.

Cálculos preliminares.

Antes de comenzar a resolver en análisis debemos tomar en cuenta las consideraciones

de trabajo a las que se somete el motor.

Sabemos que un motor con una cilindrada como la del diseño al que aplicaremos

usualmente presenta una potencia de 44.74kW (60 hp) a 9000 rpm, con lo cual podemos

obtener el Par máximo de la siguiente manera:

Una vez obtenido el torque se procede a determinar las cargas F1 que sería en el peor de

los casos, es decir, si se llegara a realizar una preignición, ya que la carga sería

completamente axial.



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Además se calculo la carga F2 cundo el pistón se encuentra a la mitad de la carrera.

Haciendo el análisis del mecanismo para dicha posición obtenemos un ángulo entre la

biela y el cigüeñal de 75.52°, por lo tanto.

A continuación se muestran los pasos para la realización del análisis estático de F2.

ANÁLISIS ESTÁTICO.

5.18. Hacemos clic en Simulation, en el menú principal de SolidWorks en laparte

superior de la pantalla.

5.19. Damos clic en asesor de estudios y elegimos nuevo estudio.

5.20. En Nombre, escribimos algún título con lo cual identificaremos el estudio que

procedemos a realizar“Análisis de F2”.

En Tipo, seleccione Estático y Aceptamos.



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Asignación de materiales

5.21. En el árbol de SolidWorks Simulation Manager, haga clic con el botón derecho del

ratón en la carpeta Biela (Nombre de la pieza) y haga clic en Aplicar/ Editar

material.

5.22. Aparece el cuadro de diálogo Material, donde escogemos de la lista el material con

el que queremos que se realice el estudio. En nuestro caso utilizaremos el material

de Aleación de aluminio 2024-0 con sus respectivas propiedades mecánicas y

físicas que se muestran al lado derecho del cuadro de dialogo.



2

0

5.23. Haga clic en Aplicar y Cerrar.

5.24. El material se asigna a la pieza y aparece una marca de verificación al lado del icono

de la pieza. Observe que el nombre del material asignado aparece al lado del

nombre de la pieza.

Aplicación de restricciones

5.25. Click derecho en Sujeciones y seleccionamos Geometría fija.



2

1

5.26. Se habilita un cuadro de dialogo, donde seleccionamos la pestaña Tipo.

5.27. Mas abajo en Estándar seleccionamos Geometría fija.

5.28. Además seleccionamosen las áreas donde hacen contacto los pernos y donde se

desea que mantenga la restricción y aceptamos.



2

2

5.29. Ahora añadimos una sujeción seleccionando la opción Bisagra Fija y seleccionando

el área en que la biela hace contacto con el cigüeñal.

Aplicación de cargas

5.30. En el árbol de SolidWorks Simulation Manager, haga clic con el botón derecho del

ratón en la carpeta Cargas externas y seleccione Fuerza.

5.31. Aparece el Property Manager Fuerza/Torsión y para aplicar la F2y se seleccionará

la cara que hace contacto con el pistón, en seguida se activa la opción Dirección

Seleccionada y en el Feautre Manager se selecciona el plano Planta. Por último se

escribe el valor de la Fuerza (1140.33N) y si es necesario, se activa la casilla

invertir dirección para que la fuerza quede hacia abajo (como muestran las flechas

moradas en el área de aplicación de la carga).



2

3

5.32. Para agregar la carga F2x (294.48N) se repiten los pasos anteriores, pero con las

variaciones indicadas en la siguiente imagen:



2

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Mallado del modelo y ejecución de resultados.

5.33. En el árbol de estudio de Simulation, haga clic con el botón derecho del ratón en el

icono Malla y seleccione Crear malla.

5.34. Expanda Opciones.Seleccione (Ejecutar [solucionar] el análisis).

5.35. Haga clic en aceptar.

5.36. Al presionar aceptar se empieza a ejecutar el mallado.



2

5

5.37. Siguiente se ejecuta el solucionador de resultados.

5.38. Termina de cargarse la barra y se ejecuta los resultados.



2

6

5.39. Una vez completada, se muestran en el Feature Manager los resultados obtenidos,

los cuales se pueden observar haciendo doble clic sobre ellos.

En esta imagen se muestran los tres resultados obtenidos por default al realizar un

estudio estático, a continuación se muestran las imágenes de los resultados

obtenidos en cada uno.

5.40. Para obtener los Factores de seguridad en la pieza se selecciona la opción Factor de

seguridad en el submenú Nuevo trazado del menú de Resultados en el

administrador de comandos.

5.41. Al realizar esta operación, aparecerá en el Feature Manager otra pestaña indicando

el resultado del análisis de Factores de seguridad.

Nota:

Además podemos ver sugerencias del software para aplicar el estudio de fatiga con

el siguiente asistente.



2

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5.42. Clic derecho en la carpeta Resultados, Definir trazado de comprobación de

Fatiga.

5.43. Bajamos con la barra deslizadora verticalmente y vemos un singular foco de color y

un mensaje más abajo, está es una sugerencia del software hacia nuestro estudio de

fatiga.

5.44. Como se observo en el mensaje, se sugiere no realizar los cálculos de fatiga por

tensiones muy pequeñas, de todas formas, realizamos el análisis de fatiga.



2

8

ANÁLISIS DE FATIGA

Para realizar un análisis de Fatiga en SolidWorks, primeramente es necesario haber

realizado un análisis estático, el cual se usara como un “suceso” o “evento” al realizar el

análisis. A continuación se muestra un análisis de fatiga a la biela con la que

anteriormente hemos estado trabajando.

5.45. Creamos un nuevo estudio Damos clic en Asesor de estudio y elegimos Nuevo

estudio.

5.46. En Nombre, escribimos algún título con lo cual identificaremos el estudio que

procedemos a realizar“Estudio 1”.

5.47. En Tipo, seleccione Fatiga y Aceptamos.

5.48. SolidWorks Simulation crea un árbol de estudio de Simulation, situado bajo el árbol

de diseño de FeatureManager.



2

9

5.49. Para agregar un suceso, clic derecho en la carpeta Carga y se seleccionaAgregar

sucesocomo se muestra en la imagen.

5.50. A continuación, se muestra el siguiente menú en el Feature Manager:

Para este ejemplo, se establecen 1000 ciclos para comprobar el daño y los ciclos de

vida restantes después de mil ciclos de uso de la biela.

5.51. En tipo de Carga seleccionamos con base en 0 ya que la carga va desde 1140 a

compresión, hasta 0.

5.52. Aceptamos y tenemos cargado el suceso en la carpeta Cargas.

5.53. Ahora le damos el material para realizar el estudio, En el siguiente menú en el

Feature Manager, clic derecho en Biela (Nombre de la pieza), seleccionamos

Aplicar/Editar datos de fatiga.



3

0

5.54. A continuación se muestra el siguiente menú, en el cual se seleccionan las opciones

que se muestran subrayadas:

5.55. Haga clic en Aplicar y Cerrar.

5.56. Una vez agregado el suceso y la curva SN del material, presionamos el

botónEjecutar en el administrador de comandos.



3

1

5.57. Se ejecuta un cuadro de dialogo del solucionador de resultados.

5.58. Solidworks realice los cálculos necesarios para mostrar el daño y la vida después

del número de ciclos a las cargas indicadas. Lo cual nos genera los siguientes

resultados:



3

2

Como podemos ver, para dichas cargas y numero de ciclos, el daño por fatiga es

mínimo, y como nos lo muestra la segunda imagen, la vida mínima de la pieza sería de

un millón de ciclos más.

5.59. Además de los dos tipos de resultados que nos da el software por defecto, existen

dos tipos de resultados más que se pueden agregar con la condición de que el

estudio de fatiga sea con cargas de fatiga simple.

5.60. Damos clic derecho en Resultados, Definir trazado de fatiga.

5.61. Se despliega una lista de las cuatro siguientes opciones de resultados para fatiga.



3

3

5.62. Seleccionar el parámetro requerido en este caso Factor de carga, aceptamos y se

agrega el nuevo resultado a la carpeta Resultados:

5.63. Para poder notar los efectos que causa la fatiga sobre la pieza se ha decidido

incrementar los esfuerzos multiplicándolos por 100, al igual que el número de

ciclos, obteniendo los siguientes resultados:



3

4



3

5

Creación de un informe

5.64. Haga clic en Simulation (Simulación), Report (Informe) en el menú principal de

SolidWorks en la parte superior de la pantalla.

5.65. Aparece el cuadro de diálogo Opciones de informe.

5.66. La sección Configuración de formato de informe le permite seleccionar un estilo de

informe y elegirlas secciones que se incluirán en el informe generado. Puede excluir

algunas de las secciones moviéndolas del campo Secciones incluidas al campo

Disponible.

5.67. Es posible personalizar cada sección delinforme. Por ejemplo, seleccione la

secciónPortada en Secciones incluidas y complete los camposNombre, logotipo,

Autor y Empresa.



3

6

5.68. Damos en Aplicar y luego en publicar.

5.69. Inmediatamente se crea un informe detallado en formato .doc (Word).

6. CONCLUSIONES:

6.1. La fatiga es la principal causa de fractura de piezas de máquinas empleadas

principalmente en los sectores automotrices y metalmecánico, de allí la

importancia de conocerla y saber como prevenirla.

6.2. Es necesario considerar la rotura por fatiga en aquellas piezas donde las caras

aplicadas varían con el tiempo.

6.3. Resulta indispensable conocer la forma de disminuir los efectos de este tipo de

falla, determinando la resistencia de los materiales y los esfuerzos o cargas

máximas permitidas para cada cual, se recomienda en general:

Reducir/eliminar cargas cíclicas.

Reducir operaciones.

Usar velocidades de rotación menores.

Remplazar piezas de forma regular.

Seleccionar materiales tolerantes a cargas cíclicas.

Reducir/eliminar concentraciones de tensiones severas y no permitir esquinas

vivas o cambios de sección bruscos.



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7

Especificar procesos de fabricación que den resistencia a la fatiga como el

trabajo en frío, granallado.

Especifican tratamientos térmicos que aumenten la resistencia a fatiga como

Nitridación y Carburización.

Sobredimensionar las piezas para reducir niveles de tensión.

6.4. Es sabido que un material sometido a tensiones repetidas o fluctuantes fallará a

una tensión mucho más baja que la necesaria para producir la fractura con una sola

aplicación de carga. Esto se debe a la Fatiga que se produce principalmente tres

efectos: pérdida de resistencia, pérdida de ductilidad, y aumento en la

incertidumbre en cuanto a la resistencia y a la duración (vida en servicio) del

material.

6.5. La acción de la Fatiga se puede observar en diferentes piezas, pero sobre todo en

partes móviles como ser: componentes de máquinas rotativas (están sujetos a

tensiones alternas); resortes (son deformados en cantidades variables); alas de

aeronaves (están sometidas a cargas repetidas de ráfagas); neumáticos (son

deformados repetidamente con cada revolución de la rueda); etc., y afecta a

componentes elementales como un tornillo hasta el transbordador especial.

7. RECOMENDACIONES:

7.1. Se necesita realizar un estudio estático antes de realizar uno de fatiga.

7.2. Los parámetros deben estar correctamente definidos para que el ensayo no falle.

7.3. Es necesario tener varios sucesos ya que son indispensables en este estudio para

observar los cambios que se dan en el proceso de estudio de fatiga.

7.4. Se debe analizar cada estudio para observar los cambios y resultados obtenidos.

7.5. Se debe mostrar cada resultado para observar su respectiva animación.

8. BIBLIOGRAFÍA:

8.1. http://es.wikipedia.org/wiki/Fatiga_de_materiales

8.2. http://iesvillalbahervastecnologia.files.wordpress.com/2009/09/ensayo-de-fatiga-

y-dureza.pdf

8.3. http://materias.fi.uba.ar/6716/Fatiga_1_EI.pdf

8.4. http://tq.educ.ar/grp0128/Ensayos/fatiga.htm

8.5. http://globalsite.solidworks.com/mexico/files/385511_EDU_Trifold_ESP.pdf



http://materias.fi.uba.ar/6716/Fatiga_1_EI.pdf


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8.6. http://www.ing.unlp.edu.ar/aeron/catedras/archivos/Fatiga.pdf

8.7. http://www.gef.es/Congresos/21/PDF/7-16.pdf

8.8. http://www.axelalconchel.info/Novedades_Version_SolidWorks_2010.pdf


http://www.gef.es/Congresos/21/PDF/7-16.pdf

21.estudio de fatiga por el método fem

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