Aplicación de la Teoría de la Distancia Crítica (TCD) al Ruptura de Cuchillas de Corte de Cartón en Aleación Al7075
Autores: Morettini, Giulia; Landi, Luca; Burattini, Luca; Stornelli, Giulia; Foffi, Gianluca; Di Schino, Andrea; Cianetti, Filippo; Braccesi, Claudio
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ciencias de los Materiales
Subcategoría
Materiales estructurales
Palabras clave
Estudio
Rotura de cuchillas
Fallo por fatiga
Máquina de envoltura de cartón
Análisis de Elementos Finitos
Concentración de tensiones
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 2
Citaciones: Sin citaciones
El estudio presentado en este documento se llevó a cabo en respuesta a dos casos de rotura inesperada de la cuchilla de corte utilizada en una máquina de envoltura de cartón (CW). La falla de la cuchilla de aleación Al7075 ocurrió en una indentación durante condiciones de carga operativa típicas. Exámenes metalográficos posteriores de las muestras fracturadas confirmaron que ambos casos se atribuyeron a fallas por fatiga. El objetivo principal de este estudio es investigar las posibles causas de la falla por fatiga en la cuchilla CW utilizando simulaciones numéricas estáticas elásticas lineales simplificadas a través del Análisis por Elementos Finitos (FEA). En esta investigación, empleamos la bien establecida Teoría de la Distancia Crítica (TCD), y este estudio de caso proporcionó una contextualización a nivel industrial. Además, el análisis se centró en un segundo aspecto clave: proponer una nueva geometría de cuchilla destinada a mitigar los problemas identificados y eliminar posibles causas de falla. En este contexto, la concentración de tensión real en la indentación se determinó utilizando la TCD con el Método de Línea (LM). Los resultados de las simulaciones numéricas indicaron que la nueva geometría de la cuchilla redujo significativamente la concentración de tensión, resultando en una reducción del factor de riesgo de aproximadamente cuatro en comparación con el diseño original de la cuchilla, incluso bajo condiciones de operación no óptimas. En general, junto con el FEA estático lineal simple, el enfoque numérico propuesto proporcionó un apoyo sustancial para los diseñadores, especialmente en el análisis de fallas y al comparar diferentes soluciones industriales.
Descripción
El estudio presentado en este documento se llevó a cabo en respuesta a dos casos de rotura inesperada de la cuchilla de corte utilizada en una máquina de envoltura de cartón (CW). La falla de la cuchilla de aleación Al7075 ocurrió en una indentación durante condiciones de carga operativa típicas. Exámenes metalográficos posteriores de las muestras fracturadas confirmaron que ambos casos se atribuyeron a fallas por fatiga. El objetivo principal de este estudio es investigar las posibles causas de la falla por fatiga en la cuchilla CW utilizando simulaciones numéricas estáticas elásticas lineales simplificadas a través del Análisis por Elementos Finitos (FEA). En esta investigación, empleamos la bien establecida Teoría de la Distancia Crítica (TCD), y este estudio de caso proporcionó una contextualización a nivel industrial. Además, el análisis se centró en un segundo aspecto clave: proponer una nueva geometría de cuchilla destinada a mitigar los problemas identificados y eliminar posibles causas de falla. En este contexto, la concentración de tensión real en la indentación se determinó utilizando la TCD con el Método de Línea (LM). Los resultados de las simulaciones numéricas indicaron que la nueva geometría de la cuchilla redujo significativamente la concentración de tensión, resultando en una reducción del factor de riesgo de aproximadamente cuatro en comparación con el diseño original de la cuchilla, incluso bajo condiciones de operación no óptimas. En general, junto con el FEA estático lineal simple, el enfoque numérico propuesto proporcionó un apoyo sustancial para los diseñadores, especialmente en el análisis de fallas y al comparar diferentes soluciones industriales.