Estudio y Simulacion por Elemento Finito de Frenos Ceramicos
Páginas: 7 (1503 palabras)
Publicado: 12 de octubre de 2014
Estudio y simulación por elementos finitos del comportamiento de discos cerámicos
El uso de los materiales cerámicos tecnológicos es cada día más frecuente gracias a las buenas propiedades de estos bajo ciertas condiciones. El oxido de zirconio o circona es uno de los materiales que actualmente tiene un uso más elevado gracias a las propiedades que presenta como pueden ser su durezaelevada, alta tenacidad, bajo coeficiente de fricción, baja conductividad térmica y modulo de elasticidad similar al del acero.
A fin de garantizar una calidad constante en el desarrollo de nuevas composiciones o detectar modificaciones en el ciclo de producción, es necesario realizar ensayos destructivos que permitan caracterizar al material.
Estos ensayos, atendiendo a las particularidades de losmateriales cerámicos, sobre todo su fragilidad, consisten habitualmente en ensayos de flexión o de rotura a flexión por tres puntos y suelen ser miniaturizados, es decir, se emplean muestras pequeñas en tamaño y sencillas en forma ya que los materiales son muy costosos.
Los dispositivos utilizados hasta el momento condicionan en gran medida estos ensayos ya que las probetas a utilizar debentener unas propiedades geométricas y unas calidades superficiales muy estrictas para no desvirtuar los resultados en los ensayos por tensiones acumuladas en imperfecciones en las probetas. El ensayo que se suele utilizar es el denominado Ball on three balls, donde una la cara inferior de una probeta con forma de disco fino circular se posiciona sobre tres esferas que se encuentran en contacto entresí y una cuarta esfera, llamada de carga, aplica una fuerza constante sobre la cara superior del disco hasta que este rompe.
Por otro lado, se ha desarrollado y aplicado un protocolo de ensayo virtual de rotura a flexión mediante el uso de los elementos finitos. Se ha medido el valor de fractura a flexión y se ha analizado la distribución de tensiones para la tensión biaxial.
Posteriormentese han comparado los resultados obtenidos en los ensayos de laboratorio con aquellos obtenidos en el ensayo virtual.
Los resultados demuestran que el uso de los elementos finitos permite simular el comportamiento del material frágil en las condiciones de ensayo y es viable para poder determinar el comportamiento a flexión de discos finos cerámicos. Su implantación permite un gran ahorro entiempo y recursos permitiendo simular condiciones y geometrías más complejas y evitando realizar gran cantidad de ensayos.
Los elementos finitos como herramienta de análisis en mecánica
Los elementos finitos consisten en un método de análisis en ingeniería que permite reproducir virtualmente a un componente o sistema mecánico en situación de trabajo real ofreciendo las ventajas de lareducción de costes, tiempo, equipamiento y accesibilidad necesarios en un análisis real. Actualmente el método ha logrado desarrollarse en casi todos los campos de la ingeniería por lo que un análisis con elementos finitos puede aplicarse a casi todos los problemas de la industria. Habitualmente el manejo del método ha requerido un profundo conocimiento físico-matemático pero en la actualidad ladisponibilidad de software y hardware han puesto al alcance de los usuarios esta potente herramienta. Los programas disponibles para un análisis usando elementos finitos son fáciles de operar pero requiere entender su metodología para producir resultados de calidad.
En términos matemáticos, el Método de Elementos Finitos (MEF) es una técnica numérica para la resolución de problemas descritos como unconjunto de ecuaciones diferenciales parciales. Utilizando los elementos finitos, se puede analizar cualquier forma, utilizar métodos diferentes para idealizar la geometría y obtener resultados con la precisión deseada.
Independientemente de la complejidad del proyecto o del campo de aplicación, los pasos fundamentales en cualquier proyecto de MEF son siempre los mismos, ya sea un análisis...
El uso de los materiales cerámicos tecnológicos es cada día más frecuente gracias a las buenas propiedades de estos bajo ciertas condiciones. El oxido de zirconio o circona es uno de los materiales que actualmente tiene un uso más elevado gracias a las propiedades que presenta como pueden ser su durezaelevada, alta tenacidad, bajo coeficiente de fricción, baja conductividad térmica y modulo de elasticidad similar al del acero.
A fin de garantizar una calidad constante en el desarrollo de nuevas composiciones o detectar modificaciones en el ciclo de producción, es necesario realizar ensayos destructivos que permitan caracterizar al material.
Estos ensayos, atendiendo a las particularidades de losmateriales cerámicos, sobre todo su fragilidad, consisten habitualmente en ensayos de flexión o de rotura a flexión por tres puntos y suelen ser miniaturizados, es decir, se emplean muestras pequeñas en tamaño y sencillas en forma ya que los materiales son muy costosos.
Los dispositivos utilizados hasta el momento condicionan en gran medida estos ensayos ya que las probetas a utilizar debentener unas propiedades geométricas y unas calidades superficiales muy estrictas para no desvirtuar los resultados en los ensayos por tensiones acumuladas en imperfecciones en las probetas. El ensayo que se suele utilizar es el denominado Ball on three balls, donde una la cara inferior de una probeta con forma de disco fino circular se posiciona sobre tres esferas que se encuentran en contacto entresí y una cuarta esfera, llamada de carga, aplica una fuerza constante sobre la cara superior del disco hasta que este rompe.
Por otro lado, se ha desarrollado y aplicado un protocolo de ensayo virtual de rotura a flexión mediante el uso de los elementos finitos. Se ha medido el valor de fractura a flexión y se ha analizado la distribución de tensiones para la tensión biaxial.
Posteriormentese han comparado los resultados obtenidos en los ensayos de laboratorio con aquellos obtenidos en el ensayo virtual.
Los resultados demuestran que el uso de los elementos finitos permite simular el comportamiento del material frágil en las condiciones de ensayo y es viable para poder determinar el comportamiento a flexión de discos finos cerámicos. Su implantación permite un gran ahorro entiempo y recursos permitiendo simular condiciones y geometrías más complejas y evitando realizar gran cantidad de ensayos.
Los elementos finitos como herramienta de análisis en mecánica
Los elementos finitos consisten en un método de análisis en ingeniería que permite reproducir virtualmente a un componente o sistema mecánico en situación de trabajo real ofreciendo las ventajas de lareducción de costes, tiempo, equipamiento y accesibilidad necesarios en un análisis real. Actualmente el método ha logrado desarrollarse en casi todos los campos de la ingeniería por lo que un análisis con elementos finitos puede aplicarse a casi todos los problemas de la industria. Habitualmente el manejo del método ha requerido un profundo conocimiento físico-matemático pero en la actualidad ladisponibilidad de software y hardware han puesto al alcance de los usuarios esta potente herramienta. Los programas disponibles para un análisis usando elementos finitos son fáciles de operar pero requiere entender su metodología para producir resultados de calidad.
En términos matemáticos, el Método de Elementos Finitos (MEF) es una técnica numérica para la resolución de problemas descritos como unconjunto de ecuaciones diferenciales parciales. Utilizando los elementos finitos, se puede analizar cualquier forma, utilizar métodos diferentes para idealizar la geometría y obtener resultados con la precisión deseada.
Independientemente de la complejidad del proyecto o del campo de aplicación, los pasos fundamentales en cualquier proyecto de MEF son siempre los mismos, ya sea un análisis...
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