Optimización de la resistencia a fatiga de una estructura cerrada de aluminio mediante unión soldada
Tipus de documentProjecte/Treball Final de Carrera
Data2007-11
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Abstract
El presente documento desarrolla una de las consecuencias asociadas al diseño estructural con aleaciones de aluminio en la
fabricación de estructuras cerradas sometidas a fatiga, la introducción de tensiones internas que ocasionan un fallo prematuro
a cargas dinámicas y la fragilización de la misma por los trabajos de soldadura que conllevan la perdida de características
mecánicas en la zona afectada térmicamente para la mayoría de las aleaciones de aluminio.
El objetivo primordial del estudio es la mejora mecánica del elemento localizando las regiones a optimizar o bien efectuando
una mejora global actuando sobre el proceso de fabricación de estos. Lo que se pretende en el presente estudio es una
mejora metalúrgica de las aleaciones de aluminio que conlleve o bien un incremento del factor de seguridad del elemento
logrando un aumento del número de ciclos de fatiga o bien una reducción de masa en las estructuras.
Los métodos utilizados siguen las actuaciones normalmente utilizadas en los laboratorios metalúrgicos para efectuar
exámenes de calidad de cualquier elemento o pieza; estos comprenden desde la comprobación del material suministrado y
sus propiedades mecánicas mediante los equipos metalúrgicos pertinentes, hasta el estudio de los elementos resistentes una
vez ensayados en bancos de tracción y fatiga así como los estudios de las fracturas provocadas mediante microscopía
electrónica de barrido.
Para el estudio metalúrgico de los materiales que componen las estructuras cerradas mediante unión soldada se ha fabricado
una estructura de geometría arbitraria constante durante todo el estudio que combina diferentes perfiles, aleaciones de forja,
de moldeo y distintos tratamientos la cual fija la utilización de aleaciones de aluminio concretas y acota el estudio metalúrgico a
las aleaciones presentes.
Con objeto de caracterizar la estructura a fabricar se han realizado ensayos de rotura a carga estática y a carga dinámica a fin
de establecer la carga estática máxima y el número de ciclos a fatiga que soporta la estructura antes de la rotura. Para la
estructura mejorada se han repetido los mismos ensayos a fin de comparar el grado de optimización para distintas
modificaciones.
Para la relajación de las tensiones internas residuales del proceso de soldadura se ha estudiado la viabilidad de un tratamiento
térmico que haga disminuir el módulo de estas. El sobreenvejecimiento causado en muchos de los perfiles de la estructura
hace que la realización del tratamiento térmico no sea viable.
Desestimado el tratamiento térmico, se propone la modificación y proceso que optimiza mecánicamente el elemento ahora
existente contribuyendo en una mejora significativa de las características mecánicas y un aumento del número máximo de
ciclos de rotura a fatiga.
La modificación que, además optimiza las variables de coste introducido por estructura e incremento de la vida en servicio
(aumento del número de ciclos de rotura a fatiga) consiste en la realización de un granallado de pretensión o shot peening en
los cordones de soldadura y en su zona de afectación térmica. Para la actuación citada se ha estimado una reducción de las
tensiones internas del 14.62% y un aumento de la vida en servicio del 13.92%.
ProvinençaAquest document conté originàriament altre material i/o programari no inclòs en aquest lloc web
TitulacióENGINYERIA INDUSTRIAL (Pla 1994)
Fitxers | Descripció | Mida | Format | Visualitza |
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1. PFC-MEMORIA Germán Ardila López.pdf | Memoria | 4,550Mb | Visualitza/Obre | |
2. PFC-ANEXOS Germán Ardila López.pdf | Anexo | 867,8Kb | Visualitza/Obre |