Desarrollo de un modelo de iniciación de grietas de fatiga por ludimiento en un contacto cilindro-plano mediante el método de los elementos finitos
La fatiga por ludimiento o fretting fatigue es un modo de falla que se presenta en componentes que se encuentran en contacto y están sometidos a cargas cíclicas que generan pequeños deslizamientos relativos que pueden derivar en una falla catastrófica del material (Doca et al., 2022). En la actualid...
- Autores:
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Hincapié Úsuga, Andrés Felipe
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2023
- Institución:
- Universidad Tecnológica de Pereira
- Repositorio:
- Repositorio Institucional UTP
- Idioma:
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- Acceso en línea:
- https://hdl.handle.net/11059/15432
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- Palabra clave:
- 370 - Educación
Fallas estructurales
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Ángulo de iniciación de la grieta
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La fatiga por ludimiento o fretting fatigue es un modo de falla que se presenta en componentes que se encuentran en contacto y están sometidos a cargas cíclicas que generan pequeños deslizamientos relativos que pueden derivar en una falla catastrófica del material (Doca et al., 2022). En la actualidad este fenómeno aún no es comprendido en su totalidad dada la cantidad de variables involucradas (Erena et al., 2022); por lo tanto, se continúan los esfuerzos por entender su proceso de iniciación y propagación de grietas, y a la par se desarrollan estrategias para prevenirlo. El método de elementos finitos es uno de los métodos más usados para estudiar este fenómeno y realizar predicciones que sean de utilidad para situaciones prácticas. Durante el desarrollo de modelos de fatiga por ludimiento, es necesario el uso de criterios de iniciación de grietas (Andrade et al., 2015). Estos relacionan las características físicas del material y los tipos de esfuerzo que se presentan durante la prueba para realizar una predicción del ángulo con el que iniciará la grieta dentro del material. Algunos de los criterios de iniciación más usados son: el parámetro de Findley, el parámetro de Fatemi-Socie y el parámetro de Smith-Watson-Topper (SWT). |
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Andrade, A. A., Mosquera, W. A., & Vanegas, L. V. (2015). Models of fatigue crack growth . Entre Ciencia e Ingeniería, 18, 39–48. Arora, P. R., Jacob, M. S. D., Salit, M. S., Ahmed, E. M., Saleem, M., & Edi, P. (2007). Experimental evaluation of fretting fatigue test apparatus. International Journal of Fatigue, 29(5), 941–952. https://doi.org/10.1016/J.IJFATIGUE.2006.07.012 Bhatti, N. A., & Abdel Wahab, M. (2017). A numerical investigation on critical plane orientation and initiation lifetimes in fretting fatigue under out of phase loading conditions. Tribology International, 115, 307–318. https://doi.org/10.1016/J.TRIBOINT.2017.05.036 Bhatti, N. A., & Abdel Wahab, M. (2018). Fretting fatigue crack nucleation: A review. Tribology International, 121, 121–138. https://doi.org/10.1016/J.TRIBOINT.2018.01.029 Bhatti, N. A., Pereira, K., & Abdel Wahab, M. (2019). Effect of stress gradient and quadrant averaging on fretting fatigue crack initiation angle and life. 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Fretting-Fatigue Analysis of Shot-Peened Al 7075-T651 Test Specimens. Metals, 9(5). https://doi.org/10.3390/met9050586 Muthu, J. (2014). Fatigue life of 7075-T6 aluminium alloy under fretting condition. Theoretical and Applied Fracture Mechanics, 74(1), 200–208. https://doi.org/10.1016/j.tafmec.2014.09.006 Navarro, C., & Domínguez, J. (2004). Initiation criteria in fretting fatigue with spherical contact. International Journal of Fatigue, 26(12), 1253–1262. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2004.05.004 Nowell, D., & Hills, D. A. (1987). Mechanics of fretting fatigue tests. International Journal of Mechanical Sciences, 29(5), 355–365. https://doi.org/10.1016/0020-7403(87)90117-2 Pereira, K., Vanegas, L., & Abdel Wahab, M. (2020). Aspects of Fretting Fatigue Finite Element Modelling. Computers, Materials & Continua, 64, 97–144. https://doi.org/10.32604/cmc.2020.09862 Pourheidar, A., Regazzi, D., Cervello, S., Foletti, S., & Beretta, S. (2020). Fretting fatigue analysis of full- scale railway axles in presence of artificial micro-notches. Tribology International, 150, 106383. https://doi.org/10.1016/J.TRIBOINT.2020.106383 Rangel, D., Erena, D., Vázquez, J., & Araújo, J. A. (2022). Prediction of initiation and total life in fretting fatigue considering kinked cracks. Theoretical and Applied Fracture Mechanics, 119, 103345. https://doi.org/10.1016/J.TAFMEC.2022.103345 Szolwinski, M. P., & Farris, T. N. (1996). Mechanics of fretting fatigue crack formation. Wear, 198(1–2), 93–107. https://doi.org/10.1016/0043-1648(96)06937-2 Taylor, D. (2008). The theory of critical distances. Engineering Fracture Mechanics, 75(7), 1696–1705. https://doi.org/10.1016/J.ENGFRACMECH.2007.04.007 Vázquez, J., Navarro, C., & Domínguez, J. (2016). Two dimensional versus three dimensional modelling in fretting fatigue life prediction. The Journal of Strain Analysis for Engineering Design, 51(2), 109–117. https://doi.org/10.1177/0309324715611510 Venugopal Poovakaud, V., Jiménez-Peña, C., Talemi, R., Coppieters, S., & Debruyne, D. (2020). Assessment of fretting fatigue in high strength steel bolted connections with simplified Fe modelling techniques. Tribology International, 143, 106083. https://doi.org/10.1016/J.TRIBOINT.2019.106083 Vingsbo, O., & Söderberg, S. (1988). On fretting maps. Wear, 126(2), 131–147. https://doi.org/10.1016/0043-1648(88)90134-2 Wittkowsky, B. U., Birch, P. R., Dominguez, J., & Suresh, S. (1999). An apparatus for quantitative fretting fatigue testing. Fatigue \& Fracture of Engineering Materials \& Structures (Print), 22(4), 307–320. https://doi.org/10.1046/j.1460-2695.1999.00145.x Yang, Q., Zhou, W., Zheng, X., Niu, Z., Li, Z., Zou, B., & Fu, X. (2019). Investigation of shot peening combined with plasma-sprayed CuNiIn coating on the fretting fatigue behavior of Ti-6Al-4V dovetail joint specimens. Surface and Coatings Technology, 358, 833–842. https://doi.org/10.1016/J.SURFCOAT.2018.12.006 |
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Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)Manifiesto (Manifestamos) en este documento la voluntad de autorizar a la Biblioteca Jorge Roa Martínez de la Universidad Tecnológica de Pereira la publicación en el Repositorio institucional (http://biblioteca.utp.edu.co), la versión electrónica de la OBRA titulada: La Universidad Tecnológica de Pereira, entidad académica sin ánimo de lucro, queda por lo tanto facultada para ejercer plenamente la autorización anteriormente descrita en su actividad ordinaria de investigación, docencia y publicación. La autorización otorgada se ajusta a lo que establece la Ley 23 de 1982. Con todo, en mi (nuestra) condición de autor (es) me (nos) reservo (reservamos) los derechos morales de la OBRA antes citada con arreglo al artículo 30 de la Ley 23 de 1982. En concordancia suscribo (suscribimos) este documento en el momento mismo que hago (hacemos) entrega de mi (nuestra) OBRA a la Biblioteca “Jorge Roa Martínez” de la Universidad Tecnológica de Pereira. Manifiesto (manifestamos) que la OBRA objeto de la presente autorizaciónhttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/http://purl.org/coar/access_right/c_abf2info:eu-repo/semantics/openAccessMesa Montoya, Carlos AndrésHincapié Úsuga, Andrés Felipe2024-11-12T14:56:56Z2024-11-12T14:56:56Z2023https://hdl.handle.net/11059/15432Universidad Tecnológica de PereiraRepositorio Universidad Tecnológica de Pereirahttps://repositorio.utp.edu.co/homeLa fatiga por ludimiento o fretting fatigue es un modo de falla que se presenta en componentes que se encuentran en contacto y están sometidos a cargas cíclicas que generan pequeños deslizamientos relativos que pueden derivar en una falla catastrófica del material (Doca et al., 2022). En la actualidad este fenómeno aún no es comprendido en su totalidad dada la cantidad de variables involucradas (Erena et al., 2022); por lo tanto, se continúan los esfuerzos por entender su proceso de iniciación y propagación de grietas, y a la par se desarrollan estrategias para prevenirlo. El método de elementos finitos es uno de los métodos más usados para estudiar este fenómeno y realizar predicciones que sean de utilidad para situaciones prácticas. Durante el desarrollo de modelos de fatiga por ludimiento, es necesario el uso de criterios de iniciación de grietas (Andrade et al., 2015). Estos relacionan las características físicas del material y los tipos de esfuerzo que se presentan durante la prueba para realizar una predicción del ángulo con el que iniciará la grieta dentro del material. Algunos de los criterios de iniciación más usados son: el parámetro de Findley, el parámetro de Fatemi-Socie y el parámetro de Smith-Watson-Topper (SWT).Resumen.............................................................................................................................. 1 Abstract ............................................................................................................................... 2 Índice de Figuras................................................................................................................. 5 Índice de Tablas .................................................................................................................. 6 1. Introducción .............................................................................................................. 1 1.1 Contextualización del problema............................................................................ 1 1.2 Objetivos ............................................................................................................... 2 1.2.1 Objetivo general .............................................................................................. 2 1.2.2 Objetivos específicos....................................................................................... 2 1.3 Estado del arte ....................................................................................................... 3 1.4 Organización del documento................................................................................. 5 2. Metodología .............................................................................................................. 7 2.1 Montaje experimental y propiedades mecánicas................................................... 7 2.2 Mecánica de la fatiga por ludimiento.................................................................... 9 2.3 Teoría de plano crítico......................................................................................... 10 2.4 Selección del parámetro de daño......................................................................... 11 2.5 Proceso de medición del coeficiente de fricción................................................. 12 2.6 Posprocesamiento................................................................................................ 13 2.7 Construcción del modelo computacional ............................................................ 15 2.8 Ciclo de carga...................................................................................................... 17 3. Análisis de resultados ............................................................................................. 19 3.1 Validación ........................................................................................................... 19 3.2 Efecto de la rotación de la almohadilla ............................................................... 21 3.3 Efecto de la variación del coeficiente de fricción ............................................... 28 4. Conclusiones........................................................................................................... 34 Referencias bibliográficas................................................................................................. 35PregradoIngeniero(a) Mecánico(a)46 páginasapplication/pdfspaUniversidad Tecnológica de PereiraIngeniería MecánicaFacultad de Ingeniería MecánicaPereira370 - EducaciónFallas estructuralesFatiga de materialesFricción internaFatiga por ludimientoElementos finitosFatiga multiaxialÁngulo de iniciación de la grietaVida de iniciación de la grietaContacto cilindro-planoDesarrollo de un modelo de iniciación de grietas de fatiga por ludimiento en un contacto cilindro-plano mediante el método de los elementos finitosTrabajo de grado - Pregradoinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fTextinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisAndrade, A. A., Mosquera, W. A., & Vanegas, L. V. (2015). Models of fatigue crack growth . Entre Ciencia e Ingeniería, 18, 39–48.Arora, P. R., Jacob, M. S. D., Salit, M. S., Ahmed, E. M., Saleem, M., & Edi, P. (2007). Experimental evaluation of fretting fatigue test apparatus. International Journal of Fatigue, 29(5), 941–952. https://doi.org/10.1016/J.IJFATIGUE.2006.07.012Bhatti, N. A., & Abdel Wahab, M. (2017). A numerical investigation on critical plane orientation and initiation lifetimes in fretting fatigue under out of phase loading conditions. Tribology International, 115, 307–318. https://doi.org/10.1016/J.TRIBOINT.2017.05.036Bhatti, N. A., & Abdel Wahab, M. (2018). Fretting fatigue crack nucleation: A review. Tribology International, 121, 121–138. https://doi.org/10.1016/J.TRIBOINT.2018.01.029Bhatti, N. A., Pereira, K., & Abdel Wahab, M. (2019). Effect of stress gradient and quadrant averaging on fretting fatigue crack initiation angle and life. Tribology International, 131, 212–221. https://doi.org/10.1016/J.TRIBOINT.2018.10.036Dini, D., & Nowell, D. (2003). 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La autorización otorgada se ajusta a lo que establece la Ley 23 de 1982. Con todo, en mi (nuestra) condición de autor (es) me (nos) reservo (reservamos) los derechos morales de la OBRA antes citada con arreglo al artículo 30 de la Ley 23 de 1982. En concordancia suscribo (suscribimos) este documento en el momento mismo que hago (hacemos) entrega de mi (nuestra) OBRA a la Biblioteca “Jorge Roa Martínez” de la Universidad Tecnológica de Pereira. Manifiesto (manifestamos) que la OBRA objeto de la presente autorizaciónopen.accesshttps://repositorio.utp.edu.coRepositorio de la Universidad Tecnológica de 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