Procedimiento de diseño Resumen.
2.11. HISTORIA DE CARGAS
2.11. HISTORIA DE CARGAS. 41
2.11. HISTORIA DE CARGAS. 43
Figura 2.23: Momento (N-mm) en la Rueda Izquierda alrrededor de ”z”.
2.12.
Fatiga.
Cuando las muelles están sujetas a carga cíclica y, como resultado, a esfuer- zos cíclicos por arriba del nivel de esfuerzo bajo carga estática, pero más bajos que incluso el límite elástico, generalmente es aceptado que las muelles tengan una vida limitada, es decir, que una falla puede ocurrir, a un nivel de esfuerzo menor
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al límite elástico, después de un total estimado de número de ciclos. La falla puede ser atribuida a un cierto número de causas, incluyendo imperfecciones en la su- per…cie (grietas, costuras, picaduras), corrosión, tratamiento térmico inadecuado o descarburización, etc.
La resistencia a la fatiga es usualmente determinada mediante pruebas de vida acelerada en los laboratorios (ver Apéndice E) y, generalmente, involucra el uso de técnicas estadísticas so…sticadas.
2.12. FATIGA. 47
Para propósitos de ingeniería, los datos estadísticos son reducidos a simples grá…cas. La …gura 2.24 [3] es un ejemplo de dicha clase de grá…cas; donde un esfuerzo inicial, usualmente el esfuerzo bajo carga estática, es ingresado (línea vertical) y un esfuerzo máximo esperado es también ingresado (línea horizontal), y cuya intersección representa los ciclos de trabajo esperados. La …gura 2.24 es una grá…ca usada para determinar los ciclos de trabajo de las muelles; datos similares para resortes y barras de torsión pueden encontrarse en las referencias [4, 5].
La …gura 2.24 y otro tipo de datos de fatiga o ciclos de vida muestran que, para un valor de esfuerzo inicial dado, larga vida es asociada con un esfuerzo máximo bajo. También es importante la diferencia entre el esfuerzo máximo y el esfuerzo inicial. Por ejemplo, si el esfuerzo máximo es 700 MPa (101,500 psi), un esfuerzo inicial mayor produce mayor vida; de manera contraria, si el esfuerzo inicial es de 700 MPa (101,500 psi), un esfuerzo máximo mayor produce menor vida.
En ausencia de datos precisos de ciclos de vida para el acero particular involu- crado, sus tratamientos y la forma en la que fue fabricada la muelle, es prudente ser conservador mediante el uso de niveles de esfuerzos por debajo de los valores límite.
Existen metodologías de análisis de fatiga3 para la predicción de vida útil o
ciclos de trabajo de diversos componentes, donde se puede evaluar el efecto del esfuerzo medio y el daño acumulado. Estas metodologías tienen un fundamento empírico, por lo cual, están sujetas a restricciones importantes; no obstante, tienen una amplia difusión.
A continuación, se citan las principales metodologías de análisis de fatiga: Efecto del Esfuerzo Medio
Diagrama de Goodman Diagrama de Haig-Soderberg
Teorías para Evaluar el Daño Acumulado Daño acumulado lineal (Regla de Miner)
3Para profundizar en el tema de análisis de fatiga, se recomienda revisar la tesis de maestría ”Análisis de Fatiga Mediante el Método del Elemento Finito” de Israel Sauceda Meza. IPN- ESIME, México, D.F., 1997.
Teoría de daño acumulado de Gatts
Teoría de daño acumulado de Corten-Dolan Regla de doble daño lineal de Manson
Especí…camente, para este trabajo, no se empleó alguna metodología de las que aquí se listan, sino un procedimiento alterno descrito por las …guras 2.1 y 2.24.
2.13.
Sumario.
Este capítulo resalta por mostrar claramente las variables geométricas y de materiales que ayudaron a modelar el sistema para el análisis. Para facilitar la comprensión del modelo, la nomenclatura de la muelle fue revisada. Destacan, también, las propiedades de rigidez de los elastómeros que fueron obtenidas me- diante mediciones de laboratorio para su inclusión en el modelo; ya que este es un punto clave en cuanto a la con…abilidad de los resultados o estudios de correlación. El método utilizado para la obtención de la historia de cargas, aunque breve, además de complementar el grupo de variables requerido para toda simulación, muestra otra de las características particulares de este trabajo al emplear cargas medidas en campo para excitar el modelo, en lugar de cargas calculadas donde, muchas veces al ser estimadas, se ignoran los efectos inerciales por reubicación del centro de gravedad del vehículo como consecuencia del tipo de caminos y ‡exibilidad de la suspensión bajo diferentes condiciones de operación.
Aunque se citan las principales metodologías de análisis de fatiga, se recalca el procedimiento alterno que fue utilizado en este trabajo.
Así, contando ya con información y cargas para el modelo, es posible estudiar, en el Capítulo 3, la teoría del programa ADAMS que fue usado para la simulación de nuestro problema.
2.14.
Referencias.
1. Kevin J. Learman, ”Leaf Spring Nomenclature - Jan 14, 2000”, General Motors, unpublished.
2.14. REFERENCIAS. 49
2. Je¤ Lang, ”Leaf Spring Design Notes (Pat Smith’s Procedure)”, General Motors, Jun 1st, 2000.
3. Manual on Design and Application of Leaf Springs, SAE HS-788, Society of Automotive Engineers, Inc., Warrendale, PA, April 1980.
4. Manual on Design and Application of Helical and Spiral Springs, SAE HS- 795, Society of Automotive Engineers, Inc., Warrendale, PA, April 1990.
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