ANALISIS DE FATIGA MULTIAXIAL EN RESORTES

HELICOIDALES DE COMPRESION

C. Rubio-Gonzáleza, L. Del Llano-Vizcayaa, G. Mesmacqueb, T. Cervantes-Hernándeza

aCentro de Ingeniería y Desarrollo Industrial, Pie de la cuesta No. 702, Desarrollo San Pablo, Querétaro, Qro.,

76130, MéxicobLaboratoire de Méchanique de Lille, Université de Lille 1, Villeneuve d’Ascq

59650, France

RESUMEN

En este trabajo diferentes criterios de fatiga multiaxial son aplicados al análisis de resortes helicoidales de compresión. Los criterios de plano critico de Fatemi-Socie y Wang-Brown, así como el de Coffin-Mansonbasado en la deformación por cortante, se han usado para predecir la vida por fatiga de los resortes bajo condiciones de carga cíclica con amplitud constante. Las predicciones de vida por fatiga son comparadas con resultados experimentales. El análisis de esfuerzos fue llevado a cabo con el paquete de elemento finito ANSYS y el estudio de fatiga multiaxial se efectuó con el software nCode. El criterio de plano crítico de Fatemi-Socie predice muy bien la vida por fatiga de los resortes. Mientras que el criterio de Wang-Brownsobrestima la vida por fatiga de los resortes, el modelo de Coffin-Manson da resultados conservativos

OBJETIVOUsando simulación por computadora con ANSYS y nCode:

Extender la aplicabilidad de criterios de fatiga multiaxial al diseño de resortes helicoidales.

Determinar cuál criterio, y la metodología asociada, provee la mejor estimación de la vida por fatiga de los resortes.

323

848dFDK

dF

dFD

πππτ =+=

τ

τmed

t

INTRODUCCION

Esfuerzo cortante máximo

3

8d

DFK a

ba πτ = Amplitud

3

8d

DFK m

sm πτ = Esfuerzo

medio

TRABAJO EXPERIMENTAL

Medición de esfuerzos residuales por difracción de rayos X

Pruebas de fatiga en los resortes con τm=254.9 Mpa

Determinación de curva S-N

Fatigue life of compression springs

140141142143144145146147148149150

1.E+05 1.E+06 1.E+07

Cycles N

Stre

ss a

mpl

itude

(MPa

)

SIMULACION NUMERICAAnálisis de esfuerzos

ANSYS

Análisis de fatiga

nCode

67,800 elementos tetragonales

Las propiedades mecánicas se estimaron a partir de pruebas uniaxiales mediante correlaciones

Criterios de fatiga multiaxial empleados

Fatemi-Socie

Wang-Brown

Coffin-Manson basado en deformación cortante

RESULTADOS

Zona con mayor daño

Crack initiation

Fracture

RESULTADOS

Comparación de vidas de fatiga experimentales y predicciones de simulación numérica

Comparison of approaches using Mason’s properties approach

10000

100000

1000000

10000000

10000 100000 1000000 10000000

Experimental Value

Num

eric

App

roac

h

XY Mason YZ Mason Fatemi-Socie Mason Wang-Brown Mason

Comparison of approaches using Modified Mason’s properties approach

10000

100000

1000000

10000000

10000 100000 1000000 10000000

Experimental ValueN

umer

ic A

ppro

ach

XY Mason Modificado YZ Mason ModificadoFatemi-Socie Mason Modificado Wang-Brown

CONCLUSIONESDiferentes criterios de fatiga multiaxial se han aplicado

al análisis de resortes helicoidales utilizando el software ANSYS y nCode

Las predicciones numéricas de la vida por fatiga se han comparado con los resultados experimentales

Se ha demostrado que el criterio de plano crítico de Fatemi-Socie resulta ser el más adecuado para predecir la vida de fatiga del resorte y predecir el punto de inicio de la falla

el criterio de Wang-Brown sobrestima la vida por fatiga de los resortes, el modelo de Coffin-Manson da resultados conservativos