Evaluación a fractura de probetas de acero AISI 1015 solicitadas a torsión cíclica

Abstract

El presente trabajo aborda en su primera parte una valoración teórica de temas relacionados con la fatiga, su definición, etapas de un fallo por fatiga, factor de intensidad de tensiones, ensayos a fatiga y fractura, así como el cálculo por fatiga a través del método de elementos finitos (FEM) y los ensayos de líquidos penetrantes. En la segunda parte de la investigación se procede a describir la máquina de ensayos diseñada y construida en nuestra universidad donde las probetas de sección cuadrada preagrietadas de acero AISI 1015 fueron sometidas a torsión cíclica simétrica. Las probetas fueron prefisuradas para obligar el crecimiento de la grieta a partir de la fisura realizada, e ir tomando las diferentes mediciones a partir del tamaño inicial de la grieta a medida que va aumentando su amplitud según el aumento del número de ciclos. Luego se empleó la simulación numérica a través del método de los elementos finitos (MEF) utilizando como herramienta el complemento Simulation del SolidWorks 2016, con el objetivo de determinar el Factor de Intensidad de tensiones (SIF). Para la obtención de los valores relacionados con el factor de intensidad de tensiones se desarrollaron cuatro estudios a cada probeta que se corresponden con el tamaño de la grieta a determinados números de ciclos. Esta investigación permitió obtener como resultado final la ecuación para evaluar la función de forma durante el crecimiento de grietas en probetas de sección transversal cuadrada de acero AISI 1015 con una pregrieta en una cara solicitadas por cargas variables de torsión simétrica.

The present work boarding in its first part a theoretical assessment of issues related to fatigue, its definition, stages of fatigue failure, stress intensity factor, fatigue and fracture tests, as well as fatigue calculation through the method of finite elements (FEM) and the penetrating liquid tests. In the second part of the investigation proceed to describe the test machine designed and built in our university where the pre-cracked square section test pieces of AISI 1015 steel were subjected to symmetrical cyclic torsion. The test pieces were prefisured to force the growth of the crack from the crack made, and take the different measurements from the initial size of the crack as it increases its amplitude according to the increase in the number of cycles. The numerical simulation was used through the finite element method (FEM) using the Simulation complement of SolidWorks 2016 as a tool, in order to determine the Stresses Intensity Factor (SIF). To obtain the values related to the stress intensity factor, four studies were developed for each test piece that correspond to the size of the crack at certain numbers of cycles. This investigation allowed to obtain as final result the equation to evaluate the shape function during the growth of cracks in test pieces of square cross section of AISI 1015 steel with a pre-crack on one face requested by variable loads of symmetric torsion.