Càlculs de fatiga del sector ferroviari per elements finits i tractament de diferents sistemes d’unió

Abstract

El fenomen de fatiga en els materials ha sigut protagonista al llarg de la historia de tràgics esdeveniments que han causat danys de tot tipus; des de vides humanes a danys materials. Avui dia, tot element estructural d’un vehicle ferroviari és dissenyat segons una (o més d’una) norma o codi. Els codis de disseny a fatiga imposen unes condicions que ha de complir l’estructura per tal de assegurar-ne una vida útil determinada. Manualment és factible efectuar un càlcul de fatiga en una geometria mes o menys senzilla sota un historial de carga senzill. En dissenys reals, més complexos, calcular la resistència a fatiga d’un component resulta molt laboriós; requerint, així, l’ús d’un programa de càlcul per elements finits. Avui dia el mercat ofereix una sèrie de softwares especialitzats en el càlcul de fatiga que poden distingir quines esquerdes es propaguen i quines només s’inicien, que faciliten el post-procés dels resultats dels diferents càlculs; vida a fatiga en cada punt del model, com han de variar els esforços per augmentar la vida del component, les zones que estan sobredimensionades...Tot amb uns marges d’error acceptables. Aquests softwares especialitzats requereixen de la compra o lloguer de llicències noves o addicionals. Aquests costs addicionals a vegades no es poden justificar degut al poc ús que se l’hi pugui donar. Aquest fet implica que molts càlculs a fatiga es duguin a terme mitjançant programes d’elements finits d’ús general. L’objectiu principal d’aquest projecte es assegurar la vida a fatiga d'un dipòsit d’aigües brutes d’un vehicle ferroviari. S’utilitzen dos normes que contemplen la vida a fatiga d’elements estructurals segons diferents criteris. Aquestes normes són: EN 61373 i UNE-EN 12663: La geometria escollida conté unions soldades i unions cargolades. Aquestes unions en el model d’elements finits estan representades de forma simplificada; les primeres amb continuïtat nodal i les segones amb l’ús de condicions de contorn restrictives. Aquestes simplificacions es duen a terme per tal de reduir costos en el temps de modelatge i en el temps de computació. Es durà a terme un post-procés específic tant per a les unions soldades com per les cargolades. Per realitzar el post-procés de les unions soldades es recorrerà a la normativa: EN 1993-1-9-2005: El model d’elements finits es realitzarà amb ANSA, el motor de càlcul serà l’Abaqus i el post-procés es realitzarà amb Meta.