Factor de concentración de esfuerzos de una viga de sección transversal circular variable en flexión

• Rodríguez-Reyes, Víctor I. ^[1] ; Abúndez Pliego, Arturo ^[1]
  1. [1] Tecnológico Nacional de México

     Tecnológico Nacional de México

     México

     
• Localización: Ingenio Magno, ISSN-e 2422-2399, ISSN 2145-9282, Vol. 13, Nº. 2, 2022 (Ejemplar dedicado a: Ingenio Magno vol. 13-2), págs. 81-88
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Stress concentration factor of a variable circular cross section beam under flexion
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• Resumen
  • español

    En las pruebas de fatiga realizadas en máquinas de viga rotativa se utilizan probetas con geometrías estandarizadas, las cuales presentan cambios en su sección transversal para garantizar que la falla ocurra en una longitud de calibre. El cálculo correcto de los esfuerzos que se generan en la longitud calibrada de la probeta requiere que se considere algún factor de concentración de esfuerzos. Por lo tanto, en este trabajo se utilizaron tanto el Método de Elementos Finitos como la Teoría de Vigas para el cálculo del factor de concentración de esfuerzos de una probeta del tipo dog-bone con cambio de sección transversal complejo, el cual no se encuentra en la literatura especializada. Para ello, la mitad de la probeta se modeló en un software de elementos finitos como una viga en voladizo, empotrada en el punto medio de la longitud de calibre, y se determinó el esfuerzo dicha zona. Analíticamente, se calculó el esfuerzo considerando a la máquina de pruebas de fatiga como una viga a flexión de cuatro puntos. Los resultados de ambos métodos se compararon para establecer el factor de concentración de esfuerzos. Se determinó que, si no se toma en cuenta el factor de concentración de esfuerzos, el esfuerzo en la probeta calculado con los modelos analíticos es 24% menor que el obtenido en el software de elementos finitos.

  • English

    Fatigue testing in rotating beam fatigue systems requires the usage of specimens with standardized geometry, which exhibits a changing cross section to guarantee that the failure occurs within the gauge length. The proper calculation of the stress within the gauge length requires that a stress concentration factor is calculated, which has not been previously reported by the specialized literature. Therefore, in this work both the Finite Element Method and the Beam Theory was used aimed at calculating the calculation of stress concentration factor of a specimen with complex cross section change. For that, half specimen was modeled in a finite elements software as a cantilever beam and the stress in the supported end was determined. Analytically, stress of the testing machine under the consideration of a four-point bending beam was calculated. Results of both calculations were compared in order to establish the stress concentration factor. It was determined that, without considering the stress concentration factor, stress of the specimen calculated with analytical beam theory is 24% smaller than that obtained with the finite element software.

  • português

    Nos ensaios de fadiga realizados em máquinas de vigas rotativas, são utilizados corpos de prova com geometrias padronizadas, que apresentam alterações na seção transversal para garantir que a falha ocorra em um comprimento de referência. O cálculo correto das tensões no comprimento de referência do corpo de prova requer que seja considerado um fator de concentração de tensões, o que não havia sido relatado anteriormente na literatura especializada. Neste trabalho, tanto o Método dos Elementos Finitos quanto a Teoria das Vigas foram utilizados para calcular o fator de concentração de tensões de um corpo de prova com uma mudança complexa na seção transversal. Para isso, metade do corpo de prova foi modelado em elementos finitos como uma viga em balanço e foi determinada a tensão na área de engastamento. Analiticamente, a tensão foi calculada considerando a máquina de ensaio de fadiga como uma viga de flexão de quatro pontos. Os resultados de ambos os métodos foram comparados para estabelecer o fator de concentração de tensão. Foi determinado que, se não for considerado o fator de concentração de tensão, a tensão no corpo de prova calculada com os modelos analíticos é 24% menor que a obtida em elementos finitos.