Analaisis de Concentraciones de Esfuerzos para Tornillo De cabeza Hexagonal

Análisis de concentración de esfuerzos

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Análisis de Concentraciones de Esfuerzos para un Tornillo
de Cabeza Hexagonal
Jefferson López Montes
Código: 1038223
Universidad del valle, Facultad de Ingeniería,
Escuela de Ingeniería Mecánica,
Programa de: Ingeniería mecánica
Cali, Valle del Cauca, Colombia
Marzo-2013

Resumen
Resum n
El presente artículo muestra los resultados delanálisis al concentrador de esfuerzos que se presenta en la
familia de tornillos de cabeza hexagonal en la unión entre el cuerpo y la cabeza del mismo. Mediante software
de análisis de elementos finitos se calculan los esfuerzos equivalentes máximos de Von Mises para la
geometría básica y para la geometría con el concentrador, con estos resultados se obtiene una relación
conocida como factor deconcentración de esfuerzos K que tomo un valor de 16.34, luego se propone un
cambio en la geometría para reducir dicho factor, y con el análisis del nuevo modelo y los datos obtenido
anteriormente se alcanza una reducción del 41,8% con respecto al anterior.
Palabras clave: Factor de concentración de esfuerzos, tornillo de cabeza hexagonal, equivalente de Von
mises.
Abstrac
the presentarticle shows the results of the stress concentrator analysis which is presented in the family of hex
head bolts at the junction between the head and the body, using finite element analysis software the maximum
equivalent Von Mises stresses for the basic geometry and for the geometry with concentrator are calculated,
with this results a relation known as stress concentration factor is obtained Kwhich took a value of 16.34, then
a change in the geometry is proposed in order to reduce that factor, and with the analysis of the new model and
the data obtained before a reduction of 41.8% in that factor is reached.
Keywords: stress concentration factor, hex head bolt, Von Mises equivalent.

1. Introducción
Las formula elementales usadas en el diseño
se basan en elementos que tienen unasección
transversal constante o que el cambio es
gradual.
La presencia de cuñeros, agujeros, etc.
Provoca modificaciones en la distribución de

esfuerzos. Por lo que aparecen esfuerzos
mayores en algunas zonas. Esto se conoce
como concentración de esfuerzos.
Entonces si se barrena un agujero en una
placa sometida a tensión, el esfuerzo presente
en el elemento es constante siempre ycuando
se mida a una distancia apreciable del
agujero, pero el esfuerzo tangencial en el
borde del agujero se vería incrementando

Análisis de concentración de esfuerzos

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considerablemente, Este cambio o incremento
en el esfuerzo en el borde es denominado
concentración de esfuerzos. Por lo que es
importante determinar un factor de
concentración de esfuerzos k.
Estudios anterioresenfocados en tornillos han
determinado que la concentración de
esfuerzos en estos se distribuye de la
siguiente manera: 15% bajo la cabeza; 20%
al final de la rosca, y 65% en la rosca en la
cara de la tuerca.
A demás para geometrías similares se llega a
obtener factores de concentración de
esfuerzos de 16 como se puede apreciar en la
figura.

Se utilizara un material cuyo módulo de yongE=200 GPa y módulo de poisson μ=0,3

2. Geometría Básica sin Concentrador
de Esfuerzos
La geometría si concentrador de esfuerzo se
tomara como un cilindro de radio 20mm,
sometido a tensión pura, con una magnitud de
400N, el análisis teórico de esta geometría
bajo esta configuración es descrito por la
siguiente expresión matemática

Donde P es la carga aplicada y A es el área de
lasección transversal del cilindro, con estos
datos de obtiene un esfuerzo igual a:

Se evidencia que el factor de concentración de
esfuerzos aumenta a medida que la relación radio
de redondeo (r) –diámetro (d) se hace más
pequeña. Para el caso objeto de estudio cuyo
relación r-d seria 0, es decir el radio de redondeo
para para nuestra geometría es 0 (se forma un
Angulo agudo e la unión...