Determinación de las tensiones por elementos finitos de un tornillo de acero microaleado AISI 4140

• Pupo-Matos, Roxana ^[1] ; Muñoz-Dranguet, Felix Reinier ^[1] ; Samiñón-Durán, Andier ^[1] ; Guzmán-Romero, Elís E.
  1. [1] Universidad de Moa, Moa, Cuba
• Localización: Ciencia & Futuro, ISSN-e 2306-823X, Vol. 14, Nº. 1, 2024 (Ejemplar dedicado a: marzo-mayo), págs. 82-96
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Determination of stress by finite elements of an AISI 4140 micro alloyed steel screw
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• Resumen
  • español

    Se determinó el comportamiento a la fatiga en un tornillo de acero micro aleado AISI 4140 empleado en la culata del motor de combustión interna MAN B&W a través del Método de los Elementos Finitos. A partir de tamaño crítico de grietas de 4,2; 6,2; 8,1 y 21,6 se estableció la metodología de cálculo donde se consideró la carga distribuida de contacto y de rozamiento, las solicitaciones, el esfuerzo normal y el de corte, para determinar el fenómeno de la fractura en el tornillo. Se comprobó que la falla por fatiga del tornillo inicia con tensiones de Von Misses mínimas de 401,8 MPa; las cuales se incrementan hasta un valor máximo de 1 796 MPa; provocando la falla por fractura en los primeros filetes de rosca. La carga aplicada de 2 369 149,4 N; genera un esfuerzo cortante máximo de 104,55 Nm2, siendo este el pico máximo de resistencia antes que se produzca el fallo por fractura y que al ejercer una fuerza de 297 918,52 N; inicia un cambio en el límite elástico de este acero con la propagación de grietas, siendo el valor de 6,2 mm, la zona de transición entre las deformaciones elásticas y plásticas con incremento de la deformación.

  • English

    The fatigue performance of an AISI 4140 micro-alloyed steel screw used in the cylinder head of the MAN B&W internal combustion engine was determined through the Finite Element Method. The calculation methodology was established from critical crack size of 4.2; 6.2; 8.1 and 21.6, where the distributed load of contact and friction were determined as well as the stresses, the normal and shear stress were also considered, to determine the phenomenon of fracture in the screw. It was determined that the fatigue failure of the screw begins with minimum Von Misses stresses of 401.8 MPa; which increases to a maximum value of 1,796 MPa; causing failure due to fracture in the first threads. The load of 2,369,149.4 N applied, generates a maximum shear stress of 104.55 Nm2, this being the maximum peak of resistance before failure due to fracture occurs and that when exerting a force of 297 918.52 N, initiates a change in the elastic limit of this steel with crack propagation. Therefore, the value of 6.2 mm is the transition zone between elastic and plastic deformations with an increase in deformation.