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Tesis

Fatiga de materiales metálicos: Contaje de ciclos

2015



Tesista Leandro José CLEMENTE
Ingeniero Industrial Universidad Nacional de Rosario - Argentina
Magíster en Ciencia y Tecnología de Materiales Instituto Sabato UNSAM/CNEA - Argentina
Directores Ing. Antonio Francisco IORIO, CNEA, UNSAM - Argentina
Ing. Enrique Pablo CHOMIK, CNEA, UNSAM - Argentina 
Lugar de realizaciónDepartamento Caracterización y Fractomecánica - Gerencia Materiales - Centro Atómico Constituyentes - Argentina
Fecha Defensa 19/06/2015
Jurado Espec. Ing. Eduardo Pablo ASTA, CONARCO, UTN - Argentina
Ing. Luis DE VEDIA, UNSAM - Argentina
Mag. Ing. José VILLASANTE, TenerisSiderca, UNSAM - Argentina
Código Código IS/T 156/15

Título completo

Fatiga de materiales metálicos: Contaje de ciclos

Resumen

El objetivo del presente trabajo fue desarrollar un software, que detalle cuantos ciclos de carga o deformación (teniendo en cuenta su amplitud y carga media), fueron aplicados a un componente en servicio, con el fin último de poder estimar su daño acumulado.
Para esto, se diseñó un software con interfaz gráfica utilizando el lenguaje de programación Matlab 2013.El programa lee un archivo de datosque contiene los valores de las deformaciones y/o tensiones registradas (en una probeta o componente en servicio que fue adquirido en campo o en laboratorio), clasifica los ciclos según la amplitud (de tensión o deformación) y la carga media.A partir de esto hace un recuento de ciclos y los presenta en un histograma. Posteriormente, si se conocen las propiedades de fatiga del material con el que está hecho el componente, se calcula la cantidad de ciclos para que se produzca la rotura en cada amplitudregistrada. Luego, mediante la regla de Miner-Palmgren se puede estimar el daño acumulado en el componente.
Para probar el funcionamiento del algoritmo con respecto al contaje de ciclos se realizaron diferentes pruebas mediante funciones matemáticas y ensayos de laboratorio. En el programa existe un error en la clasificación de los ciclos debido a que se contabiliza el valor medio (o centro) de los máximos y mínimos (de la amplitud de tensión o deformación y en carga media) en cada intervalo. Este error es menor al 5%, y se reduce aumentando la cantidad de intervalos en que se divide el histograma. Los resultados obtenidos con respecto al contaje de ciclos,en ambos casos, fueron satisfactorios.
Como primera aproximación a la estimación del daño acumulado, se realizaron dos pruebas ensayando probetas, del mismo material, en el laboratorio hasta la rotura. Se utilizó el algoritmo para discriminar los ciclos del ensayo y corroborarlos con los programados al inicio del mismo. Con estos valores y las propiedades de fatiga del material, se estimo el daño acumulado con la regla de Miner-Palmgren. Se obtuvieron estimaciones diferentes para cada una de las probetas (para la primera probeta, el daño es de 0,8 y para la segunda 1,39).Según bibliografía consultada, la estimación del daño acumulado por medio de la regla de Miner-Palmgren, puede variar entre 0,5 y 2. La idea es que el método de estimación del daño indique una alerta temprana para poder analizar el componente con métodos más exhaustivos.

Complete Title

Fatigue of metal materials: Counting cycles

Abstract

The main aim of this work was to develop a software, capable of counting how many cycles of load or deformation (taking into account its amplitude and mean load) were applied to a service component, with the final goal of estimating the its accumulated damage.
In order to do achieve this goal software with a graphic interface was designed using Matlab 2013 language. The algorithm reads a data file containing the deformations and/or loads values registered (in a sample or service component, acquired in field or laboratory), classifies the cycles according to the load or deformation amplitude and mean load. From this a number of cycles recount is made and presented asa histograms. Furthermore, if we know the fatigue properties of the material, from which the component is manufactured, we can calculate the number of cycles in order to obtain the material failure for each registeredamplitude. Finally, using the Miner-Palmgren Rule the damage in the component can be estimated.
In order to probe the algorithm in relation to the cycle counting, different tests were made using both mathematical functions and laboratory experiments. The software presents an error in the classification of the cycles because of the fact that the mean value (or centre) over each interval is registered. This deviation is lower than 5%, and it is improved increasing the number of intervals of the histogram. The results obtained in relation to the cycles counting, in both cases, were satisfactory.
As a first approach to the estimation of the accumulated damage, two tests were performed by testing samples of the same material, in the laboratory to failure. Algorithm is used to discriminate the test cycles and corroborate with the scheduled experiment. With these values and the fatigue properties of the material, the accumulated damage with the Miner-Palmgren rule was estimated. Different estimates were obtained for each of the specimen (for the first specimen, damage is 0.8 and for the second 1.39). According to the bibliography, estimating the damage accumulated through the Palmgren-Miner rule can vary between 0.5 and 2. The idea is that the method of estimating the damage indicates an early warning to analyse the component with more comprehensive methods.

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