Desarrollo de una aplicación en Matlab para la particularización de los métodos de fatiga multiaxial a los casos uniaxial y torsión pura

Abstract

Resumen: En este trabajo se muestra una aplicación informática, desarrollada mediante el software Matlab, para la particularización de los métodos de análisis de fatiga con tensiones multiaxiales a los casos de fatiga uniaxial y de torsión pura. Por lo tanto, dentro de las diferentes ramas en las que se puede clasificar la Ingeniería Mecánica, pertenece al ámbito de Diseño y dentro de éste a la fatiga o, más concretamente, a la fatiga con tensiones multiaxiales. Pese a que existen numerosos métodos de fatiga multiaxial, no hay ninguno que corresponda a la solución definitiva por lo que, en cada situación (material, estado tensional…) conviene emplear uno u otro en función del que mejor se ajuste. Para ello, en principio se deberían realizar ensayos simulando las características a las que va a estar sometida la pieza, pero esto resulta excesivamente costoso y, por tanto, únicamente se suele realizar en casos particulares. Así pues, mediante este software se pretende conseguir una herramienta de ayuda en la identificación del método que mejor se ajuste para cada material, sin tener que realizar los ensayos de fatiga multiaxial. De los múltiples métodos que existen, se van a particularizar seis de los más empleados como son: Sines, Crossland, Matake, Findley, Papuga PCr y Dang Van. Como se puede apreciar, todos ellos corresponden a métodos avanzados de fatiga multiaxial que, a partir de los datos que introducirá el usuario, se particularizarán tanto para el caso uniaxial como de torsión pura y se representarán en sendas gráficas. Junto con estos, se tendrá la posibilidad de representar los resultados experimentales de diversos materiales que se encuentren grabados en la propia librería de la aplicación e incluso, de materiales importados por el propio usuario, para poder visualizar el método que mejor se ajusta. Por último, dado que este trabajo se encuentra estrechamente ligado a la asignatura de Métodos de Análisis y Diseño para Fractura y Fatiga que se imparte en el primer curso del Máster Universitario de Ingeniería Mecánica de la UPV/EHU, se pretende conseguir una herramienta de apoyo en la docencia de la misma. En este sentido, además de servir de acompañamiento en su enseñanza, se aspira a mostrar a los alumnos que se inician en ella, la posibilidad de llevar a cabo este tipo de aplicaciones que, como se puede apreciar, pueden resultar de gran interés.

Abstract: In this work, it is shown a computer application, that has been developed in the graphic environment of Matlab, for the particularization of the multiaxial fatigue methods to the uniaxial and pure torsional cases. Therefore, whithin the different mechanical engineering trades, it belongs to the Design field; and more specifically, to the area of fatigue with multiaxial stresses. There are a lot of multiaxial fatigue methods. In spite of this, there is not a definitive method since in each case (material, type of stresses…) it should be used the one that best fits. The correct way would be to carry out experimental tests simulating the real characteristics of the part, but this is excessively costly so, as a result, it is usually carried out only in particular cases. Hence, the development of this software is aimed to provide a tool that could help on the identification of the method that best fits to the material without the need of carry out multiaxial fatigue tests. Despite the many methods that exist, those that are going to be particularized are Sines, Crossland, Matake, Findley, Dang Van and Papuga PCr since they are six of the most commonly used. All of them are advanced multiaxial fatigue methods which, using the material data entered by the user, will be particularized for both the uniaxial and pure torsional cases and then, they could be plotted. In addition, in order to be able to identify the method that best fits, it will be posible to plot the failure points saved in the application’s own library together with those that are added by the user. Finally, as a result of the relationship between this work and the Fracture and Fatigue Analysis and Design Methods subject that is taught in the first year of the UPV/EHU Master´s Degree in Mechanical Engineering, it is intended to provide a complementary tool for its teaching. In this way, as well as be a teaching aid, the app is to show the students who are introducing to the multiaxial fatigue issues, the possibility of carrying out this type of works as they can be interesting and great potential for this field.

Laburpena: Lan honetan, Matlab softwarea baliatuz fatiga multiaxialeko metodoak kasu uniaxialera eta bihurdura purura zehazteko aplikazio informatiko bat aurkezten da. Hortaz, Ingeniaritza Mekanikoa dituen arlo desberdinetatik, Diseinu eremuaren barnean materialen fatigarekin zerikusia dauka; tentsio multiaxialen eraginpenean dauden materialen fatigarekin hain zuzen ere. Fatiga multiaxialerako hainbat método badaude ere, ez dago bakar bat behin betikoa denik zeren eta egoera bakoitzean (materiala, tentsio motak…) bata edo bestea erabiltzea komeni da hoberen egokitzen denaren arabera. Horretarako, errealitatean lan egingo den materialarekin saiakuntza experimentalak egitea aproposa izango litzateke, aldiz, oso garestia denez, kasu partikularretan baino ez da egiten. Hori dela medio, software honen xedetariko bat, fatiga multiaxialeko saiakuntzak egin barik, material bakoitzeko metodo aproposena identifikatzen laguntzen duen tresna bat eskuratzea da. Gaur egun makina bat metodo daude baina lan honetan erabiliko direnak Sines, Crossland, Matake, Findley, Dang Van eta Papuga PCr dira; batez ere gehienbat erabiltzen diren metodoak direlako. Aipatutako guztiak, fatiga multiaxialeko metodo aurreratutzat har daitezke eta, erabiltzaileak aplikazioan sartutako balioak erabiliz, kasu uniaxialera eta bihurdura purura zehaztuko dira, geroago marrazteko aukera izateko. Honez gain, grafiko berberetan hainbat materialen hutsegite puntuak sartzeko aukera egongo da, bai aplikazioaren liburutegian gordeta dauden balioak bai erabiltzaileak gehitutakoak. Azkenik, lan honek Euskal Herriko Unibertsitateak eskaintzen duen Ingeniaritza Mekanikoko Masterrean Fatiga eta Hausturaren analisi eta diseinaketa metodoak deitutako irakasgaiarekin lotura duela medio, bere irakaskuntzarako tresna baliagarria izan daitekela uste da. Horrez gain, tentsio multiaxialen eraginpenean dauden materialen fatiga ikasten hasi direnentzat, hemen aurkezten den antzeko proiektuetan sakontzeko aukera erakutsi nahi da; izan ere, garatutako aplikazio gisako tresnak interesgarriak direla ondoriozta daiteke.