Análisis mediante el método de los elementos finitos de la concentración de tensiones en secciones circulares con reducción de sección

Abstract

[ES] En este proyecto se han desarrollado un procedimiento para determinar expresiones matemáticas que permiten evaluar el factor de concentración de tensiones (Kt) de componentes estructurales. Estas expresiones servirán para evaluar el factor de concentración de tensiones frente a cargas axiales, de flexión y de torsión, lo que permitirá determinar la tensión máxima del componente. En la bibliografía se pueden encontrar gráficas para evaluar el factor de concentración de tensiones de diversos componentes estructurales, pero el hecho de tener que obtener este dato a través de dichas gráficas dificulta la posible automatización de su diseño, que requeriría expresiones matemáticas como las desarrolladas en este proyecto. A diferencia de los procedimientos experimentales seguidos para elaborar las gráficas de concentración de tensiones que se pueden encontrar en la bibliografía, en este proyecto se ha utilizado el Método de los Elementos Finitos (MEF), en concreto se ha usado el código comercial ANSYS®. Dado que con una adecuada modelización los resultados del MEF convergen a la solución exacta, los cálculos del MEF permiten mejorar algunos resultados afectados de errores debidos a los procedimientos experimentales con que se desarrollaron las gráficas de la bibliografía. ANSYS® nos proporcionará una muy buena aproximación a los valores de tensión máxima para cada caso de carga y geometría. El cociente entre este valor de tensión máxima y el valor de tensión nominal calculado de forma teórica mediante las formulas correspondientes proporciona el factor teórico de concentración (Kt) para cada caso. Una vez obtenidos dichos valores de Kt a través del MEF, graficándolos mediante Excel se pueden comparar con las curvas que podemos encontrar en prontuarios. De este modo comprobaremos la fiabilidad del procedimiento seguido. Posteriormente, utilizando OCTAVE 4.0.2, se ajustará una superficie matemática a los resultados del MEF para obtener la ecuación que se usará en los procedimientos de diseño.