Algunas consideraciones sobre la fatiga por fretting y sus paliativo

En este trabajo se presenta un análisis de las condiciones de trabajo de los sistemas sometidos a fatiga por fretting, se hace una revisión de los paliativos más usuales empleados para reducir el dañ.o del fretting y se analizan las condiciones en que son efectivos unos y otros paliativos. En primer lugar se considera la influencia de los factores que mayor incidencia tienen en la fatiga por fretting, como son la amplitud de los deslizamientos, el coeficiente de rozamiento y las fuerzas de contacto y se analizan las condiciones en que la modificación de estos parámetros puede alterar el comportamiento a fatíga. Finalmente, se analizan los principales paliativos propuestos por distintos autores, clasificándolos en dos grandes grupos: modificaciones en el diseño para, de una forma u otra, modificar los estados de tensiones producidos; y los que modifican los estados de las superficies, ya sea para influir sobre el coeficiente de rozamiento, las tensiones producidas o la resistencia de las mismas.This work presents an analysis ofthe work conditions of systems subjected to fretting fatigue, a revision of the most frequent palliatives u sed to reduce the fretting fatigue damage and an analysis of the conditions under which these palliatives are effective. First of all, the effect of those factors which ha ve a stronger influence on fretting fatigue is considered. Those factors are the relative displacement amplitude, the friction coefficient and contact forces. Also, the conditions in which those parameters can modify fretting fatigue behaviour are analysed. Finally, many palliatives proposed by different authors are analysed. They are classified into two groups: design modifications in order to modify the stress state at the stress concentration; surfaces transformations, either to influence on the friction coefficient, the stresses or the surfaces strength

Ingeniería de máquinas : discurso de ingreso [en la Real Academia de Ingeniería] del Excmo. Sr. D. Jaime Domínguez Abascal y contestación del académico Excmo. Sr. D. Enrique Alarcón Álvarez

En el discurso se reivindica el papel actual de la ingeniería mecánica como impulsora del desarrollo de las máquinas. Comienza con una breve exposición de la evolución de las máquinas a lo largo de la historia y su influencia en el desarrollo económico y social. Igualmente, señala la importancia de otras áreas de la ingeniería en el desarrollo de las máquinas actuales y el carácter multidisciplinar del diseño y desarrollo de las máquinas actuales. Ante la nueva situación, el discurso analiza el papel que desempeña actualmente la ingeniería de máquinas. Asimismo, comprueba que la aportación de otras disciplinas ha llevado a la concepción de máquinas con soluciones, más eficientes y eficaces, que requieren nuevos avances de la ingeniería de máquinas. Finalmente, se muestran diversos ejemplos significativos de los avances requeridos para el diseño de las máquinas actuales, entre los que destacan los relativos al análisis dinámico y a la fatiga. Entre los problemas dinámicos, se analizan los casos del comportamiento de sistemas multicuerpos con holgura o sujetos a impactos, y la detección de grietas en rotores mediante la medida de vibraciones. Del análisis del comportamiento a fatiga, se destaca la importancia de la aplicación conjunta de la mecánica de la fractura y el método de las deformaciones locales, especialmente para el análisis del comportamiento de grietas microestructuralmente pequeñas

Algunos aspectos de interés en Ingeniería Mecánica

Aspectos de interés en ingeniería mecánicaSe realiza una breve introducción histórica a las máquinas y los métodos de diseño, con una pequeña reflexión sobre su aportación al desarrollo económico y social. Se analiza la situación actual del desarrollo de las máquinas y la participación dela ingeniería mecánica y otras disciplinas al avance de las mismas, mostrándose varios ejemplos. Posteriormente se definen algunos campos de la ingeniería mecánica con potencial de desarrollo futuro y cuyo avance será fundamental para el desarrollo de las máquinas; analizándose en esos campos posibles líneas futuras de avance.Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech

On the effect of thermal ageing in CFRP mechanical properties

Highly Accelerated Life Testing (HALT) of any product consist in applying several types of loads for accelerated reliability analysis in order to find weaknesses during both design and development stages. Different environmental stress conditions like high rate thermal cycling and vibration are generally introduced during HALT. In this work, thermal cycles have been performed between -50 and 150°C for aeronautic composite materials in non-reactive and oxidative atmospheres. The thermal fatigue tests applied to polymer fibre reinforced composites involve matrix oxidation and cracking due to the mismatch of the thermal expansion coefficient between the carbon fibres and the epoxy matrix. In order to correlate the composite degradation with mechanical properties, fatigue and quasi-static tensile tests have been carried out in reference and post-ageing conditions. Microstructural characterization using X-ray computed tomography and light optical microscopy have been performed as well for a better understanding on damage mechanisms. Combined effect of thermal cycling and mechanical load tests on CFRP structural parts (T profile) were also performed

Fretting-Fatigue Analysis of Shot-Peened Al 7075-T651 Test Specimens

Shot peening is a mechanical treatment that induces several changes in the material: surface roughness, increased hardness close to the surface, and, the most important, compressive residual stresses. This paper analyzes the effect of this treatment on alloy Al 7075-T651 in the case of fretting fatigue with cylindrical contact through the results of 114 fretting fatigue tests. There are three independent loads applied in this type of test: a constant normal load N, pressing the contact pad against the specimen; a cyclic bulk stress σ in the specimen; and a cyclic tangential load Q through the contact. Four specimens at each of 23 different combinations of these three parameters were tested—two specimens without any treatment and two treated with shot peening. The fatigue lives, contact surface, fracture surface, and residual stresses and hardness were studied. Improvement in fatigue life ranged from 3 to 22, depending on fatigue life. The relaxation of residual-stress distribution related to the number of applied cycles was also measured. Finally, another group of specimens treated with shot peening was polished and tested, obtaining similar lives as in the tests with specimens that were shot-peened but not polished.Junta de Andalucía P12-TEP-263

Distribución de la Vida a Fatiga en Función del Espectro de Cargas y de la Longitud del Registro Utilizado

Una fuente de error en la determinación de la vida a fatiga de un elemento es la definición de las cargas que actúan. Estas son generalmente aleatorias. El análisis de la resistencia, mediante simulación o ensayo, se realiza a partir de un registro de cargas representativo de las cargas reales, que se repide indefinidamente hasta el fallo. El resultado obtenido con el registro seleccionado es uno cualquiera de los que pueden obtenerse con los distintos registros representativos del mismo proceso de carga. La vida obtenida con estas historias de carga, incluso considerando constantes el resto de los parámetros que influyen en la vida, es una variable aleatoria. En el estudio del proceso de crecimiento debe considerarse por tanto el carácter aleatorio adicional introducido por la definición una historia de carga determinada como representativa las cargas reales. En este trabajo se estudia la influencia del registro de cargas seleccionado para el análisis de la vida, considerando el efecto del número de ciclos del mismo y la densidad espectral del proceso de carga. Se realizan simulaciones de crecimiento con un modelo de crecimiento, que considera el efecto de secuencia. El análisis se hace con seis densidades espectrales distintas y seis longitudes de la historia de carga ·para cada una de ellas.One source of error on the determination of fatigue life is the definition of the actuating loads. These are generally random. The analysis of the fatigue life, by simulation or test, is done using a load history of finite length which is repeated indefinitely until failure. This load history is considered representative of the whole random load process. Even if all other parameters are considered constant, the fatigue life obtained with this load history is not the same to that calculated with another load history representing the same random process. It is a random variable. To analyse by test or cycle by cycle simulation, the fatigue life of a system under random loads, the additional randomness produced by the definition of the load history must be considered. In this paper the effect of the selected load history on the life is analysed, considering the number of cycles in that history and the power spectral density of the loading process. It is done by simulating the crack growth with the Johnson model, which consider the sequence effect, and analysing the results obtained with six different power spectral densities and six length of the load history for each power spectral density

Introducción al análisis del comportamiento de grietas a fatiga bajo cargas de amplitud variable

This paper shows an introduction to fatigue crack growth under variable amplitude loading. Sorne methods to predict the fatigue crack growth under variable amplitude loading in metals are brietly described. First of all it is analysed a very important aspect that makes different the fatigue crack growth in metals under variable amplitude Joading. It is the sequence effect. attention is paid to crack closure and its effect fatigue crack growth. Sorne numerical models to simulale the sequence effect are also considered. Finally, some methods to analyse the fatigue crack growth under irregular and random loading, either cycle or global statistical methods, are described.Este trabajo presenta una introducción al comportamiento de grietas a fatiga ante cargas de amplitud variable, y muestra algunos métodos para la predicción de la velocidad de crecimiento de grietas por fatiga ante cargas de amplitud variable. Se analiza brevemente un aspecto importante, característico del comportamiento de los metales ante cargas de este tipo, como es el efecto de secuencia. Se dedica especial atención al cierre de grieta y su efecto sobre el crecimiento. Así mismo, se presentan algunos modelos numéricos empleados en la simulación del efecto de secuencia y se muestran algunos métodos de análisis del crecimiento de grietas ante cargas de amplitud variable. Entre los métodos presentados se incluyen, tanto procedimientos ciclo a ciclo, como otros con tratamiento global de la vida a fatiga, empleando técnicas estadísticas

Determinación probabilística de crecimiento de grietas en fatiga con cargas aleatorias incluyendo efectos de secuencia

En este trabajo se presenta un modelo estadístico de análisis de crecimiento de glieta en fatiga con cargas aleatorias, que tiene en cuenta los efectos de secuencia. El modelo define e incorpora una tensión de cierre equivalente, que incluye en la ley de crecimiento a través del factor de intensidad de tensiones efectivo. Esta tensión de cierre equivalente es obtenida para cada proceso, por medio de la función de densidad de probabilidad de picos p(S) del proceso aleatorio, de las propiedades del material y de la geometría de la probeta. El modelo fue aplicado al análisis del crecimiento de grieta con cargas aleatorias a dos aleaciones. de aluminio: 2024-T351 y 2219-T851. Las estimaciones de crecimiento de grieta obtenidas están próximas a los resultados experimentales y a las obtenidas mediante una simulación ciclo a ciclo.A model for the statistical analysis of crack growth under random loading that includes the loading sequence effect is presented. The model defines and incorporares an equivalent closure stress that is included in the fatigue crack growth law via the effective stress intensity factor. The equivalent closure stress for each loading process is obtained from the probability density function of peaks p(S) in the randomloading process, the properties of the material and the specimen geometry. The model was applied to the analysis of crack growth life under random loading on sheets of two different aluminum alloys: 2024-T35 1 and 2219-T851. The crack-growth lifetimes thus obtained were consistent with experimental data and with the results obtained by using a cycle-by-cycle simulation scheme

Study of the Contribution of Nonlinear Normal Modes (NNMs) in Large Amplitude Oscillations of Simply Supported Beams

Faculty of Civil and Industrial Engineering , Rome; Italy. 10 September 2017 through 13 September 2017This paper focuses on the Nonlinear Normal Modes of simply supported beams with unrestrained axial displacements. Two different configurations are considered, depending on whether longitudinal displacements are allowed at one end of the beam or at both ends. An integro-differential equation is obtained for the transverse displacement of the beam, upon the common assumption of inextensibility. By using a perturbation approach, the NNMs are analytically computed, which yields a frequency-amplitude relation for each NNM. These analytical curves are compared to FE results, showing a remarkable accordance. Noticeably, qualitatively different behaviors are found for the first NNM in both configurations: with one free end, the beam softens; with both ends free, it hardens

Criterios de iniciación en fretting fatiga con contacto esférico

En este artículo se analizan distintos métodos que estiman la vida a fatiga uniendo la iniciación con la propagación en ensayos de fretting fatiga con contacto esférico. En concreto se va a centrar la discusión en cómo tratar la fase de iniciación. Algunos de los métodos presentados definen a priori una longitud de grieta a partir de la cual se consideran y calculan la propagación y utilizan las tensiones existentes cerca de la superficie para estimar la iniciación. Para esto último se pueden promediar las tensiones hasta cierta profundidad o tomar las tensiones a una determinada profundidad. Otro método une la iniciación con la propagación pero en este caso la longitud de grieta a partir de la cual se considera propagación no es fija, se obtiene como resultado de analizar cada caso en concreto. Dichos métodos se aplican a una serie de ensayos de fretting fatiga con contacto esférico realizados sobre la aleación de aluminio 7075 T6 discutiendo sus resultados.In this paper different methods used to estimate fatigue life adding initiation with propagation in fretting fatigue tests with spherical contact are analyzed. In particular, the discusion will be centered in the initiation phase. Some of the methods presented define in advance a crack length after which crack propagation is considered and calculated, afterwards, stresses close to the surface are used to estimate initiation. To do this, either the stresses can be averaged up to a certain depth or the stresses at a certain depth are used. Yet another method combines initiation with propagation but in this case the initiation length is not a fixed quantity, it is obtained as a result of analyzing each specific case. These methods are applied to a series of fretting fatigue tests with spherical contact performed with 7075-T6 aluminum alloy and the results discussed