Resistencia-De-Materiales-Problemas-Resueltos

MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA Y CIENCIAS APLICADAS
E. Oñate, F. Zárate, G. Ayala, S. Botello y M.A. Moreles (Editores)
© CIMNE, Barcelona 2002
ESTUDIO DE LOS ESFUERZOS EN UNIONES SOLDADAS POR EL MÉTODO DE LOS ELEMENTOS FINITOS.
José E. Horioka Osaki.1 y Jorge Alencastre Miranda.2
Grupo de Métodos Computacionales
Facultad de Ciencias e ingeniería. Sección Ingeniería Mecánica
PontificiaUniversidad Católica del Perú. Av. Universitaria cuadra 18 s/n. San Miguel. Lima. Perú
Gmc@pucp.edu.pe
Resumen. El siguiente trabajo se centra en el estudio de la distribución de esfuerzos en uniones soldadas típicas sometidas a cargas estáticas de diseño, teniendo en consideración la variación de algunos parámetros geométricos, utilizando para ello el método de los elementos finitos (MEF).Objetivo. El objetivo del presente trabajo es comprender con mayor exactitud la distribución de esfuerzos que presenta una unión soldada cuando es sometida a cargas de diseño, esto nos conducirá a entender con mayor claridad los factores a considerar en el diseño e inspección de uniones soldadas.
1. PROCEDIMIENTO
Primero se calcula por métodos convencionales el espesor del cordón de una uniónsoldada, luego se procede a realizar la simulación de la unión soldada por el método de los elementos finitos, finalmente realizamos un estudio comparativo de los esfuerzos de las uniones soldadas simuladas (variaciones de la geometría de las uniones para un espesor de cordón igual) con el esfuerzo de la unión soldada calculada por métodos convencionales.
2. MÉTODOS UTLIZADOS PARA EL DESARROLLO DELESTUDIO
2.1. Método analítico.
Este método se utiliza generalmente para hallar el espesor del cordón de una unión soldada, esta basado en la teoría clásica de resistencia de materiales en
11 José Horioka Osaki - Investigador
22 Jorge Alencastre Miranda - Director
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donde el esfuerzo es directamente proporcional a la carga aplicada eindirectamente proporcional al área analizada.
A continuación aplicaremos el cálculo analítico a una unión a tope sometida a una carga de tracción, figura 2.1.
areaFsold=σ (2.1)
σsold : Esfuerzo de la soldadura
F : Carga aplicada sobre el
cordón
área : Menor área donde se aplica
la carga
Figura 2.1. Área considerada para el calculo del cordón
Para los otros tipos de uniones soldadas (en ángulo yen T) se aplica el mismo principio, se busca la superficie menor y sobre ella se aplica la carga.
Obtenido el esfuerzo de la unión soldada (σsold) se aplica los siguientes factores correctores.
σsold ≤ σSadm = ν*ν2* σadm / F.S. (2.2)
σsold : Esfuerzo de la unión soldada
ν : Factor por el tipo de unión soldada
ν2 : Factor por la calidad de la unión
σadm : Esfuerzo de fluencia del materialbase
σSadm : Esfuerzo admisible de la unión soldada
F.S. : Factor de seguridad
El factor por la calidad de la unión se tomara igual a 1 (ν2=1) debido que la simulación será considerada con calidad 1 (con inspección, rayos X, ultrasonido y realizada por personal calificado) para el factor por el tipo de unión se tomara los valores de la siguiente tabla.
J. HORIOKA y J. ALENCASTRE / Esfuerzos enuniones soldadas por el MEF 1191
Tipo de unión
clase de solicitación
ν estático
Tope
tracción
0.75
Tope
compresión
0.85
Tope
flexión
0.8
Tope
corte
0.65
Angulo
cualquier solicitación
0.65
Tabla 2.1: Factor ν de acuerdo al tipo de unión soldada
2.2. Simulación de la unión soldada
El otro método que vamos a utilizar para realizar este estudio es la simulación por el método de loselementos finitos, el cual se describe en el siguiente punto.
3. SIMULACIÓN.
3.1. Enmallado
Un problema importante es el tipo de enmallado utilizado, se ha optado por un enmallado cúbico que presente la mayor simetría, concentrando el enmallado en las zonas más importantes, a continuación vemos algunos enmallados utilizados, figura 3.1
Figura 3.1 Diferentes tipos de enmallado probados
3.2....