Análisis de la Vida por Fatiga del Nudo de Hierro Fundido Automotriz bajo Condiciones de Carga de Amplitud Constante y Variable
Autores: Reza Kashyzadeh, Kazem; Souri, Kambiz; Gharehsheikh Bayat, Abdolhossein; Safavi Jabalbarez, Reza; Ahmad, Mahmood
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Análisis de la Vida por Fatiga del Nudo de Hierro Fundido Automotriz bajo Condiciones de Carga de Amplitud Constante y Variable
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Fatiga de por vida
Nudillos de hierro fundido dúctil
Sistema de dirección automotriz
Historiales de carga
Dinámica de Múltiples Cuerpos
Enlace de dirección
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 28
Citaciones: Sin citaciones
El objetivo principal del presente documento es evaluar la vida útil por fatiga de los nudillos de hierro fundido dúctil como uno de los componentes críticos de un sistema de dirección automotriz. Para ello, se consideró una ruta de conducción real, que incluye diversas maniobras, como aceleración, frenado, toma de curvas y desplazamiento en varios tipos de rugosidad de la carretera. Se extrajeron diferentes historiales de carga, que se aplican en varias uniones del componente (es decir, brazo de control inferior, enlace de dirección y amortiguador Macpherson), a través del análisis de Dinámica Multicuerpo (MBD) de un modelo completo de vehículo. Los logros de estudios anteriores han demostrado que el nudillo de dirección falla desde el enlace de dirección y debido al movimiento rotacional. Por lo tanto, solo se consideró este historial de carga destructivo en los análisis futuros del presente estudio. El modelo CAD se creó utilizando datos de Máquina de Medición por Coordenadas (CMM) y algunas correcciones en el software CATIA. Además, se realizó un análisis dinámico transitorio y se obtuvo la historia temporal del estrés equivalente de von Misses en la raíz del enlace de dirección (que es exactamente la ubicación de la falla según los datos de laboratorio, así como las simulaciones de elementos finitos validadas por el autor en estudios anteriores). Para predecir la vida por fatiga de un componente, se consideraron dos metodologías diferentes. En primer lugar, se emplearon algunos criterios bien conocidos para la igualación del espectro de carga a una Carga de Amplitud Constante (CAL). Luego, se realizó un análisis de fatiga bajo carga sinusoidal. En segundo lugar, se predijo la vida por fatiga del componente considerando Carga de Amplitud Variable (VAL) utilizando el Método del Plano Crítico (CPM), empleando la técnica de conteo de ciclos de Rain-flow y utilizando la regla de acumulación de daño de Miner-Palmgren. Finalmente, para evaluar la precisión de predicción de las diferentes metodologías, los resultados obtenidos se compararon con la prueba de fatiga axial de amplitud variable a escala completa que fue realizada por el autor correspondiente. Los resultados indicaron que la predicción de la vida útil por fatiga de amplitud variable mediante análisis de Elementos Finitos (FE) en el dominio del tiempo tiene un error de aproximadamente el 21% en comparación con la realidad. Además, el error relativo entre los resultados obtenidos de dos metodologías diferentes es de aproximadamente el 20%, lo cual es aceptable debido a la dispersión de los resultados del fenómeno de fatiga, la geometría compleja de la pieza y la carga complicada.
Descripción
El objetivo principal del presente documento es evaluar la vida útil por fatiga de los nudillos de hierro fundido dúctil como uno de los componentes críticos de un sistema de dirección automotriz. Para ello, se consideró una ruta de conducción real, que incluye diversas maniobras, como aceleración, frenado, toma de curvas y desplazamiento en varios tipos de rugosidad de la carretera. Se extrajeron diferentes historiales de carga, que se aplican en varias uniones del componente (es decir, brazo de control inferior, enlace de dirección y amortiguador Macpherson), a través del análisis de Dinámica Multicuerpo (MBD) de un modelo completo de vehículo. Los logros de estudios anteriores han demostrado que el nudillo de dirección falla desde el enlace de dirección y debido al movimiento rotacional. Por lo tanto, solo se consideró este historial de carga destructivo en los análisis futuros del presente estudio. El modelo CAD se creó utilizando datos de Máquina de Medición por Coordenadas (CMM) y algunas correcciones en el software CATIA. Además, se realizó un análisis dinámico transitorio y se obtuvo la historia temporal del estrés equivalente de von Misses en la raíz del enlace de dirección (que es exactamente la ubicación de la falla según los datos de laboratorio, así como las simulaciones de elementos finitos validadas por el autor en estudios anteriores). Para predecir la vida por fatiga de un componente, se consideraron dos metodologías diferentes. En primer lugar, se emplearon algunos criterios bien conocidos para la igualación del espectro de carga a una Carga de Amplitud Constante (CAL). Luego, se realizó un análisis de fatiga bajo carga sinusoidal. En segundo lugar, se predijo la vida por fatiga del componente considerando Carga de Amplitud Variable (VAL) utilizando el Método del Plano Crítico (CPM), empleando la técnica de conteo de ciclos de Rain-flow y utilizando la regla de acumulación de daño de Miner-Palmgren. Finalmente, para evaluar la precisión de predicción de las diferentes metodologías, los resultados obtenidos se compararon con la prueba de fatiga axial de amplitud variable a escala completa que fue realizada por el autor correspondiente. Los resultados indicaron que la predicción de la vida útil por fatiga de amplitud variable mediante análisis de Elementos Finitos (FE) en el dominio del tiempo tiene un error de aproximadamente el 21% en comparación con la realidad. Además, el error relativo entre los resultados obtenidos de dos metodologías diferentes es de aproximadamente el 20%, lo cual es aceptable debido a la dispersión de los resultados del fenómeno de fatiga, la geometría compleja de la pieza y la carga complicada.