Predicción de la Vida Útil de Ejes de Máquina Sometidos a Fatiga por Simulación Computacional

• Autor: Huacasi Añamuro, Ludwin David
• Formato: tesis de maestría
• Fecha de Publicación: 2017
• Institución: Universidad Católica de Santa María
• Repositorio: UCSM-Tesis
• Lenguaje: español
• OAI Identifier: oai:repositorio.ucsm.edu.pe:20.500.12920/6665
• Enlace del recurso: https://repositorio.ucsm.edu.pe/handle/20.500.12920/6665
• Nivel de acceso: acceso abierto
• Materia: Vida útil en ejes; fatiga de materiales; elementos finitos; simulación computacional

En esta tesis se presenta un procedimiento para predecir la vida útil de un eje de maquina sometido a un proceso de fatiga mediante simulación por software de elementos finitos. La vida a fatiga calculada por simulación computacional se tomará como un parámetro de vida útil del eje y a través de este dato establecer un plan de mantenimiento del equipo o maquinaria del cual sea parte dicho eje. Para desarrollar el procedimiento, inicialmente se realizó un estudio de la mecánica de la fractura de piezas mecánicas para entender el fenómeno físico, y a partir de esto efectuar los cálculos analíticos de la vida a fatiga. Con el estudio de los métodos analíticos se resolvieron problemas básicos de esfuerzo-deformación y vida a fatiga de un material, paralelamente se realizó el mismo análisis usando métodos computacionales que simularon el mismo problema utilizando software de elementos finitos. Durante la investigación se revisó una amplia base teórica del fenómeno de la fatiga estructural y los diferentes procedimientos de cálculo analítico y numérico que sirvieron de guía para enfrentar el problema propuesto, se identificaron las diferentes variables que afectan a la vida a fatiga, en el caso de la solución numérica se utilizó un software especializado en el diseño por elementos finitos como es el ANSYS V.15 que permitió el pre-procesamiento de los datos, procesamiento por el método de los elementos finitos y el pos-procesamiento de estos datos en forma de resultados cuantificables. Los resultados del análisis analítico de la vida a fatiga fueron comparados con los resultados por simulación computacional logrando resultados bastante parecidos con un grado de error inferior a 6%, esta comparación de los resultados analíticos y computacionales también nos permitió validar la metodología para predecir la vida útil a partir de la vida a fatiga y de esta manera sugerir dicha metodología para ser usada en diseños más complejos. En la determinación de la vida a fatiga usando el método de los elementos finitos del programa ANSYS V.15 es necesario conocer y cuantificar las propiedades del material, el tipo de mallado y establecer el factor de resistencia a la fatiga de fuentes confiables para que los resultados obtenidos también lo sean. Finalmente, con los resultados obtenidos empleando técnicas modernas haciendo uso de herramientas computacionales se logró predecir la vida útil de un eje de maquina sometidos a cargas cíclicas con un grado de convergencia entre los resultados analíticos y computacionales inferior al 6%. Palabras clave: Vida útil en ejes, fatiga de materiales, elementos finitos y simulación computacional.