Práctica 1

Concentración de esfuerzos

Introducción.

CONCENTRADORES DE ESFUERZOS

¿Qué es un concentrador de esfuerzos?

En la práctica del diseño de máquinas, es muy común encontrar piezas en las cuales se practican muescas, chaveteros, agujeros, cambios de sección, ranuras, etc., que hacen que dichas piezas sean más funcionales. La figura muestra algunas entallas utilizadas para posicionar, fijar, acoplar o transmitir movimiento, entre otras funciones. Las entallas son llamadas también discontinuidades, ya que producen cambios en la sección transversal del elemento. Las discontinuidades en las piezas que soportan esfuerzos tienen la desventaja de generar un aumento de éstos en sus cercanías. Debido a esto, la presencia de entallas tiende a aumentar los tamaños, las masas y los costos de las piezas que se diseñan.

Concentrador de esfuerzos

Se define un concentrador de esfuerzos como cualquier discontinuidad en la sección transversal de una pieza que provoca un aumento de los esfuerzos en las cercanias a dicha discontinuidad

Con base en los esfuerzos Smax y So, se define el coeficiente teórico de concentración de esfuerzos se tiene como como:

El valor de Kt depende del tipo de concentrador de esfuerzos, del tipo de carga aplicada y de la geometría de la pieza, y puede determinarse mediante el Método de Elementos Finitos (FEM), usando un programa computacional(SOLID WORKS), o mediante métodos experimentales como el método fotoelastico.

Desarrollo

Utilizar el software SolidWorks para simular la concentración de esfuerzos que pueden recibir diferentes figuras geométricas.

Paso 1: Realizar un croquis como se muestra en la figura, el origen tiene que quedar en el centro del cuadrado.

Paso 2: utilizar la operación extruir a 15mm como se muestra en la figura

Paso 3: Para realizar un estudio de simulación a la pieza, primero se tiene que activar los complementos solidworks simulation como se muestra en la siguiente figura.

Después se tiene que realizar la simulación desde simulation->Estudio, como se muestra la figura

Después se tiene que seleccionar el tipo de estudio, en este caso es un estudio estático

Paso 4: para realizar el estudio, primero se tiene que escoger el material, segundo se tiene que aplicar la sujeción, tercero la fuerza, cuarto se tiene que aplicar la malla y por último se ejecuta la simulación

Para seleccionar el material se le tiene que dar click derecho en pieza y después se tiene que entrar en Aplicar/editar material, tal como se muestra en las siguientes figuras.

Aparecerá una ventana como se muestra en la siguiente figura, en esta ventana se puede seleccionar el tipo de material, en este caso escogemos la opción predeterminada que es acero aleado y después se le da aplicar y por ultimo cerrar

Después se tiene que aplicar la sujeciones, primero se tiene que presionar click derecho y después se tiene que seleccionar la cara donde va estar sujeta la pieza

Después se tiene que aplicar la fuerza primero se presiona click derecho en cargas externas y después se selecciona fuerza,

Para aplicar la fuerza se tiene que seleccionar la cara donde y después se tiene que poner la magnitud, como en este caso es una fuerza de tensión, active la casilla invertir dirección tal y como se muestra la figura

La fuerza es 10000N de tensión

Por último se tiene que crear una malla para realizar el análisis. Se tiene que dar click derecho en malla y después crear malla, se le dejan las opciones predeterminadas y simplemente aceptamos.

Para realizar la simulación se tiene que ejecutar en la opciones de las pestaña de simulación como se muestra en la figura

Al ejecutar la simulación aparecerá la siguiente imagen

Se pueden obtener resultados de los esfuerzos, presionándole click derecho en tensiones, y se tiene que activar las opciones de leyenda máxima y mínima, como se muestra en la figura

Para ver en donde empiezan los esfuerzos se tiene que activar la opción Percepción del diseño como se muestra la siguiente figura

1) Con la pieza anterior realizar análisis de esfuerzos con una fuerza de 10KN, cuando el círculo del centro sea 10mm, 30mm, 50mm, 70mm, 80mm, si tiene que anotar los esfuerzos máximos y en donde se concentran

2) Realizar la siguiente pieza y realizar un análisis de esfuerzo cuando el diámetro pequeño sea 5mm y 10 mm se tiene que anotar los esfuerzos máximos y en donde se concentran

3) Hacer la siguiente pieza y realizar un análisis de esfuerzo con una fuerza de 3000 lbf, cuando la altura pequeña sea 1.5in y 2.5in se tiene que anotar los esfuerzos máximos y en donde se concentran

Dibujo en pulgadas a una extrusión de .25 in

4) Hacer la siguiente pieza y realizar un análisis de esfuerzo con una fuerza de 10kN, cuando la altura sea 50mm y 30mm se tiene que anotar los esfuerzos máximos y en donde se concentran

Dibujo en milímetros a una extrusión de 15mm