Diseño y construcción de máquinas de pruebas para ensayos de fatiga

Abstract

En el campo de la ingeniería, es importante realizar ensayos de fatiga debido a que muchos materiales son sometidos a cargas cíclicas que provocan efectos internos muy negativos, lo cual es muy peligroso debido a que se generan grietas internas en estos materiales, y por ende, esto conlleva a fallas muy significativas y graves que pueden comprometer incluso vidas humanas. Por esta razón, el presente documento es realizado con la finalidad de mostrar el procedimiento para diseñar una máquina de pruebas para ensayos de fatiga tanto en viga rotatoria como en carga axial, ya que los equipos se implementarán para ensayar cualquier tipo de material, sin embargo,los resultados serán mostrados tomando como base el acero AISI 4140.Para diseñar las máquinas, primero fue necesario estudiar las condiciones estáticas a las que se someterán,de esta forma, aplicando un despeje sencillo en la ecuación de los esfuerzos, se calcula el peso aplicado para generar las cargas y esfuerzos necesarios para hacer que el material falle. Luego de tener esta condición definida,se procede a calcular el sistema de soportes, que en este caso para la máquina en viga rotatoria, constará de cuatro chumaceras, dos secciones de eje y la probeta, y para la máquina de carga axial constará con 4 barras soporte, una placa de sujeción y una viga con sección en H que hará el trabajo de palanca para la aplicación de la carga en la probeta a ensayar. De estos elementos antes mencionados, es necesario seleccionar las chumaceras,diseñar la probeta de acuerdo a las especificaciones de la norma ASTM E466 y diseñar el eje de manera estática,y corroborando su buen comportamiento y durabilidad analizando estas condiciones con el método de elementos finitos en Siemens NX 12 (para ambos casos). De igual forma, se diseñó una mesa como el soporte principal del sistema de viga rotativa, para su diseño, se tuvo en cuenta diversos paramentos, entre los que se pueden encontrar, las vibraciones y las condiciones de carga, ya que este elemento debía ser lo suficientemente rígido, como para que garantizara que no fallaría ante los esfuerzos a los que se encontrara sometido, y lo suficientemente pesado para que funcionara como mitigador de vibraciones.Los resultados fueron analizados bajo el amparo de las normas ASTM E468 e ISO 1143:2010, ya que es necesario que se realice de esta manera para evitar cualquier inconveniente que pueda entorpecer el procesamiento de los datos obtenidos y así disminuir las fuentes de error.