Resumen
En este blog, exploraremos la importancia de Ansys nCode en el análisis de la fatiga causada por vibraciones aleatorias. Aprenderemos cómo nCode ayuda a corregir la tensión media y a predecir la vida útil y la durabilidad de las estructuras sometidas a vibraciones aleatorias.
Qué es la vida a fatiga y cómo entender el impacto de la tensión media en la vida a fatiga
Vida útil a la fatiga se refiere al número de ciclos que puede soportar una estructura antes de fallar bajo cargas repetidas. Es una consideración importante en el diseño de ingeniería, especialmente para estructuras sometidas a vibraciones aleatorias.
Daños por fatiga, por su parte, es la acumulación de grietas y deformaciones microscópicas en una estructura provocada por cargas cíclicas. Estos pequeños daños pueden crecer gradualmente y provocar un fallo catastrófico si no se tratan adecuadamente.
Comprender la vida útil y los daños por fatiga es esencial para predecir la vida útil y la durabilidad de las estructuras. Ansys nCode proporciona herramientas y metodologías para evaluar y predecir con precisión estos factores, lo que permite a los ingenieros optimizar sus diseños y garantizar la integridad estructural a largo plazo.
Tensión media se refiere a la tensión media experimentada por una estructura durante la carga cíclica. Desempeña un papel importante en la vida a fatiga, ya que puede influir significativamente en el crecimiento y la propagación de las grietas de fatiga. El daño por fatiga está controlado principalmente por el rango de tensión alterna, pero la tensión media durante el ciclo de tensión también puede afectar al daño por fatiga.
Unos niveles elevados de tensión media de tracción pueden acelerar los daños por fatiga y reducir la vida útil total de una estructura. Por otro lado, las correcciones de la tensión media pueden ayudar a incluir los efectos negativos de la tensión media, mejorando la fidelidad del resultado.
Ansys nCode ofrece técnicas avanzadas de corrección de la tensión media que permiten a los ingenieros tener en cuenta el impacto de la tensión media en la vida a fatiga.
Ansys nCode DesignLife y análisis de fatiga por vibración aleatoria
Figura 1: Esquema del proyecto
Para habilitar Ansys nCode DesignLife y utilizar sus métodos de corrección de tensiones medias para el análisis de fatiga por vibraciones aleatorias, procederemos con los siguientes pasos que se describen a continuación. Además, puede consultar el esquema del proyecto en la figura 1.
- En primer lugar, se establece un análisis estructural estático en el que se aplica la tensión media. Esto nos permite tener en cuenta la influencia de la tensión media en la vida a fatiga.
- A continuación, se realiza un análisis modal de pretensado para tener en cuenta los cambios de rigidez en las estructuras y permitir el uso del método de superposición de modos para nuestro análisis dinámico lineal.
- Para obtener la función de respuesta en frecuencia (FRF) a partir de los esfuerzos complejos, se resuelve un análisis armónico con una excitación unitaria en toda la gama de frecuencias de interés.
- Es importante asegurarse de que la carga es coherente con los espectros PSD. En nuestro caso, el espectro PSD se mide en G^2/Hz, y la carga armónica se fija en 1g.
- Por último, se configura el software nCode DesignLife, que utiliza los archivos .rst del análisis armónico y asigna la carga PSD al sistema para calcular el resultado de la vibración aleatoria y el resultado de la fatiga.
Figura 2: Configuración del análisis de DesignLife
El primer paso para configurar el análisis es determinar el método de corrección de la tensión media, como se muestra en la figura 2 Existen dos métodos principales para incluir el efecto de la tensión media:
1. Utilizando curvas S-N distintas a partir de datos de prueba que se desarrollaron utilizando diferentes niveles de tensión media. Si la tensión media real se encuentra entre estas curvas, los resultados se interpolan. se basa en el R-Ratio o en el nivel de tensión media
2. Ajuste del intervalo de tensión alterna mediante una teoría de corrección de la tensión media. Las teorías más utilizadas para la fatiga SN son las de Goodman y Gerber. Es importante que los datos del ensayo S-N contengan una curva desarrollada sin tensión media (R = -1).
Figura 3: Inclusión del resultado del análisis estructural estático como tensión media
Otro paso crucial a incluir en nuestro análisis nCode DesignLife es configurar la opción Entorno de caso de carga estático. Al elegir el entorno estático, podemos considerar sus resultados como tensión media para el cálculo de la fatiga, tal y como se muestra en la figura 3, de modo que la tensión media extraída del caso de carga estática compensada se utiliza para desplazar la media de todos los ciclos en el recuento previsto del flujo de lluvia.
Puede obtener información valiosa viendo el siguiente vídeo instructivo, que le guiará a través del proceso de utilización de Ansys nCode DesignLife para analizar los efectos de la tensión media en una estructura sometida a una carga de vibración aleatoria.