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67.12 Mecanismos B SOLICITACIONES VARIABLES. 67.12 Mecanismos B Agenda Falla por fatiga Resistencia a la fatiga Espacios de seguridad Casos: Dimensionamiento.

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1 67.12 Mecanismos B SOLICITACIONES VARIABLES

2 67.12 Mecanismos B Agenda Falla por fatiga Resistencia a la fatiga Espacios de seguridad Casos: Dimensionamiento de muelle de relé electromagnético Evaluación de aceros para pieza forjada

3 67.12 Mecanismos B Falla por fatiga Caracterizada por: Ruptura repentina sin deformación previa Ocurre a tensiones de trabajo inferiores a la tensión ultima o incluso a la de fluencia. Etapa II: propagación de las grietas – Perpendicular al campo tractico Etapa III: fractura - La sección remanente no soporta la carga: Ttrabajo >Truptura Proceso de falla: Etapa I: formación de microgrietas por superación local del limite elástico por concentración de tensiones Superficiales Internos

4 67.12 Mecanismos B Falla por fatiga Falla por flexión de baja magnitud Por concentración de tensiones superficial - Chavetero Por concentración de tensiones Interna- Chavetero Falla por tracción pura de alta magnitud

5 67.12 Mecanismos B Falla por fatiga Propensión de microfisuras frente a Factor Microgrieta superficialMicrogrieta interna CargasBajas cargasAltas cargas (Severo) Numero de ciclos Alto número de ciclosBajo número de ciclos Proceso superficial Deformación plástica + Oxidación

6 67.12 Mecanismos B Agenda Falla por fatiga Resistencia a la fatiga Espacios de seguridad Casos: Dimensionamiento de muelle de relé electromagnético Evaluación de aceros para pieza forjada

7 67.12 Mecanismos B Resistencia a la Fatiga Se somete una probeta a fuerzas variables y se cuentan los ciclos de esfuerzo que soporta el material hasta la rotura.

8 67.12 Mecanismos B Resistencia a la Fatiga Se´ Sf´ DIAGRAMA S-N Material: acero UNS G41300 Normalizado Resistencia a la fatiga Número de ciclos

9 67.12 Mecanismos B Resistencia a la Fatiga 700 Mpa Mpa Tensión normal de rotura Sut [kPsi] Resistencia Límite de fatiga S´e [kPsi] 700MPa para Sul 1400MPa 0.5·S ul para S 1400MPa S´e = Limite de fatiga promedio (50% de confianza)

10 67.12 Mecanismos B Resist a la Fatiga - Piezas NO Normalizadas Ecuación de MARIN Se = π ki * S´e Factores Ka: de acabado superficial Kb: de tamaño Kc: de confiabilidad Kd: de temperatura Ke: de concentración de tensiones (1/Kf) Kg: de efectos varios Efecto de concentración de tensiones Kf = q * (Kt – 1) + 1 : Factor de concentración de tensiones >= 1 Kt: coeficiente gemétrico de concentración de tensiones (las dimensiones relativas de la entalla respecto a las del cuerpo) q: sensibilidad a la entalla (depende del material y de las dimensiones de la entalla) Criterios de aplicación. Sobre: - las tensiones de trabajo - los números de admisibilidad Se aplica sobre Tm en materiales frágiles y sobre Ta siempre

11 67.12 Mecanismos B Agenda Falla por fatiga Resistencia a la fatiga Espacios de seguridad Casos: Dimensionamiento de muelle de relé electromagnético Evaluación de aceros para pieza forjada

12 67.12 Mecanismos B Espacios de seguridad

13 67.12 Mecanismos B Espacios de seguridad Criterio de verificación: σ trabajo < S ( trabajo < S s ) Coeficiente de seguridad: N = S / σ trabajo > 1 σa σa σm σm N = Sa / σ a = S m / σ m

14 67.12 Mecanismos B Espacios de seguridad Goodman – mod. Soderberg Gerber ASME-elíptico Langer Esfuerzos combinados: Ec. De Von Mises σ medio eq σ alt eq Regímenes no constantes: criterio de daño acumulado – Regla de Miner

15 67.12 Mecanismos B Agenda Falla por fatiga Resistencia a la fatiga Espacios de seguridad Casos: Dimensionamiento de muelle de relé electromagnético Evaluación de aceros para pieza forjada

16 67.12 Mecanismos B Caso 2: Relé Electroiman Material del muelle plano del contacto móvil: Latón E = 10 5 MPa(N/mm 2 ); Sult = 450MPa; Sy0,1% = 400MPa S´e= 180MPa; Geometría: c = 5mm; a = 15mm; l = 20mm; d = 20mm; espesor = 0,3mm; ancho b ??mm Δe = 1,2mm; Δk = 0,8mm Fuerza de resorte Pr = 1 N DIMENSIONAMIENTO DEL MUELLE b = ? h = 0,3 Dimensionamiento: Goodman Verificación: Langer

17 67.12 Mecanismos B Caso 2: Relé Electroiman PLANTEO: GOODMAN Con N = 2 σ m = f (b) = ( σ mx + σ min ) / 2 σ a = f (b) = ( σ mx - σ min ) / 2 b σ = P * l * (h/2) / Jxx : Tens. máxima f = P * l 3 / (3 * E * Jxx) : Deflexión máxima Jxx (mm 4 ) = b * h 3 /12 : momento biaxial de segundo orden. σ = f * 3 * E * (h/2) / l 2

18 67.12 Mecanismos B Caso 2: Relé Electroiman ANÁLISIS DE DEFLEXIONES Pr Pc1 Pc = Pr *c/(a+l) = 1*5/(15+20) = 0,143 N f1 = Pc * l 3 / (3 * E * b * h / 12) (f1 + Δk + f2) / 2 * (a+l) = Δe / 2 * d Relación de lados f2 = 1,3 – 1,694 / b = 1,694 / b [mm]

19 67.12 Mecanismos B Caso 2: Relé Electroiman TENSIONES NORMALES EXTREMAS σ = f * 3 * E * (h/2) / l 2 σ2 = (146,25 – 190,57/b) = - σ min σ1 =190,66/b = σ max LIMITE DE FATIGA en la pieza Se = S´e * ka * kb * kc * kd * ke * kg = 180 MPa Se asume efectos diversos: 1 No presenta concentración de tensiones: 1 Confiabilidad del 50%: 1 Se asume factor de forma y tamaño: 1 Acabado Pulido: 1 Se asume temperatura normal: 1 b = 6,35 mm

20 67.12 Mecanismos B Caso 7: Biela forjada COMPARACIÓN DE MATERIALES Opciones de Acero: AISI 4340 (aleado al cromo–níquel-molibdeno) σult = 1820 MPa (260 kpsi) AISI 1040 (carbono simple) σult = 790 MPa (113 kpsi) Gometrìa pieza: deq = ¾ (19,05mm) ¿Hay beneficio en usar el acero aleado más caro y con costo de tratamiento térmico? Se AISI 4340 Vs Se AISI 1040

21 67.12 Mecanismos B Caso 7: Biela forjada COMPARACIÓN DE MATERIALES Se = S`e* ka*kb*kc*kd*ke kc = α*σult β = 0,85 ka = a* σult b En el caso de AISI 4340 ka = 272* ,995 = 0,155 En el caso de AISI 1040 ka = 272*790 -0,995 = 0,355 kb = 1,24*deq = para 2,8 mm < deq < 51 mm kb = 1,24*19, = 0,905 Caso AISI 4340 σe = σe´* ka*kb*kc*kd*ke = 700*0,155*0,905*0,85*1*1 = 83,4 MPa Caso AISI 1040 σe = σe´* ka*kb*kc*kd*ke = 395*0,355*0,905*0,85*1*1 = 107,8 MPa

22 67.12 Mecanismos B Gracias


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