Una Aproximación Analítica de la Función de Estrés para Volantes Cónicos
Autores: Garcia, Miguel; Orozco-López, Onofre; Uribe-Chavira, Jesús; Blanco-Ortega, Andrés
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Una Aproximación Analítica de la Función de Estrés para Volantes Cónicos
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Propuestas
Evaluaciones de estrés
Perfiles cónicos
Formulación aproximada
Análisis de elementos finitos
Distribuciones de estrés
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 18
Citaciones: Sin citaciones
El presente documento aborda la falta de soluciones analíticas explícitas para las evaluaciones de estrés en volantes de inercia de grosor variable, proponiendo una formulación aproximada para perfiles cónicos, donde el grosor varía linealmente a lo largo del radio. El objetivo principal fue desarrollar una expresión compacta y práctica para estimar los esfuerzos radiales y tangenciales sin depender del análisis de elementos finitos. Partiendo de una función de esfuerzo, el modelo se simplificó bajo la suposición de un pequeño gradiente de grosor, lo que permitió la derivación de una solución en forma cerrada. La expresión resultante relaciona explícitamente los esfuerzos con parámetros geométricos y materiales. Para validar la aproximación, se calcularon distribuciones de esfuerzo para varios ratios de grosor exterior a interior y se compararon con los resultados obtenidos a través del AEF. La comparación, evaluada utilizando el coeficiente de determinación, el error porcentual absoluto medio, el error cuadrático medio, el error cuadrático medio normalizado y las relaciones de esfuerzo, demostró un fuerte acuerdo, especialmente para ratios de grosor moderados. El método fue más preciso para el esfuerzo radial que para el esfuerzo tangencial, particularmente en gradientes más altos. Los resultados confirmaron que el enfoque analítico propuesto proporciona una alternativa confiable y eficiente a los métodos numéricos en el diseño y optimización de volantes de inercia cónicos, ofreciendo un valor práctico para el análisis de ingeniería en etapas tempranas y reduciendo la dependencia de simulaciones que consumen mucho tiempo.
Descripción
El presente documento aborda la falta de soluciones analíticas explícitas para las evaluaciones de estrés en volantes de inercia de grosor variable, proponiendo una formulación aproximada para perfiles cónicos, donde el grosor varía linealmente a lo largo del radio. El objetivo principal fue desarrollar una expresión compacta y práctica para estimar los esfuerzos radiales y tangenciales sin depender del análisis de elementos finitos. Partiendo de una función de esfuerzo, el modelo se simplificó bajo la suposición de un pequeño gradiente de grosor, lo que permitió la derivación de una solución en forma cerrada. La expresión resultante relaciona explícitamente los esfuerzos con parámetros geométricos y materiales. Para validar la aproximación, se calcularon distribuciones de esfuerzo para varios ratios de grosor exterior a interior y se compararon con los resultados obtenidos a través del AEF. La comparación, evaluada utilizando el coeficiente de determinación, el error porcentual absoluto medio, el error cuadrático medio, el error cuadrático medio normalizado y las relaciones de esfuerzo, demostró un fuerte acuerdo, especialmente para ratios de grosor moderados. El método fue más preciso para el esfuerzo radial que para el esfuerzo tangencial, particularmente en gradientes más altos. Los resultados confirmaron que el enfoque analítico propuesto proporciona una alternativa confiable y eficiente a los métodos numéricos en el diseño y optimización de volantes de inercia cónicos, ofreciendo un valor práctico para el análisis de ingeniería en etapas tempranas y reduciendo la dependencia de simulaciones que consumen mucho tiempo.