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