Ensayos de fatiga en las uniones mecánicas

Ya esté soldando, ya fijando o uniendo materiales, HBK ofrece una gama de modelos para estimar la resistencia a la fatiga de uniones complejas. Probamos, medimos y derivamos todos los parámetros que necesita para obtener estimaciones precisas de la vida útil de la fatiga.

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Introducción del análisis de fatiga de las articulaciones

El análisis de fatiga de las juntas debe tener en cuenta las distintas configuraciones utilizadas en las aplicaciones de ingeniería, ya que cada tipo presenta diferentes distribuciones de tensión y modos de falla. Las soldaduras por costura, por ejemplo, son conexiones soldadas continuas que normalmente están sometidas a tensiones de membrana y flexión. Adhesivos, soldaduras por puntos y remaches son más susceptibles a las tensiones de cizallamiento y desprendimiento.

La metodología para el análisis de la fatiga combina pruebas experimentales con modelos numéricos para desarrollar una comprensión integral del rendimiento de las articulaciones. En primer lugar, se realizan pruebas a medida para cada tipo de junta en condiciones de carga representativas. Las soldaduras de costura se prueban con geometrías «rígidas» y «flexibles» para comprobar su rendimiento bajo tensiones de membrana y flexión casi puras. Mientras que los adhesivos, las soldaduras por puntos y los remaches se prueban en configuraciones de cizallamiento por solapamiento y pelado tipo coach. Los ensayos se realizan con cargas cíclicas controladas por la carga y su rendimiento se controla mediante mediciones como la caída de la rigidez, que indica el inicio y la propagación de las grietas. A partir de estos experimentos, se obtienen datos sobre la vida útil de la carga, que describen la relación entre las cargas aplicadas y el número de ciclos hasta la falla.

Para traducir estos resultados en información relevante para el diseño, se aplican técnicas de ingeniería inversa mediante el análisis de elementos finitos (FEA). Esto permite volver a calcular las tensiones a partir de los datos experimentales de carga y vida útil y utilizarlas para construir relaciones entre la tensión y la vida útil (S-N) para cada tipo de junta. Al integrar los resultados experimentales con el modelado computacional, este enfoque proporciona predicciones realistas de la vida útil de la fatiga y garantiza una evaluación confiable de la durabilidad de las juntas.

Imagen de muestra cortesía de NIO Performance Engineering Limited

Principales beneficios de someter a ensayo las uniones mecánicas

Proporciona propiedades clave de las uniones:
- Curvas carga-vida
- Curvas de tensión-vida útil para su uso en nCode DesignLife

Mejore la durabilidad y fiabilidad del producto.

Capacidades de ensayo

Tipo de uniones mecánicas

Soldaduras por costura
Soldaduras por puntos
Remaches
Adhesivos
Uniones híbridas: Ofrecemos un análisis exhaustivo de las juntas mediante adhesivos combinados con remaches o soldaduras por puntos para estimar con precisión su rendimiento mejorado ante la fatiga.
Ensayos a medida: Ofrecemos una configuración de prueba personalizada para adaptarse a tipos de juntas no estándar.

Cargando configuración:

Uniaxial
Flexión de tres o cuatro puntos
A medida

Ensayos según normas

Práctica Estándar ASTM E466-21 para la realización de ensayos de fatiga axial de amplitud constante controlados por fuerza en materiales metálicos
BS 3518:1993 Métodos de ensayo de fatiga. Métodos de prueba de fatiga. Guía de principios generales
ISO 1099:2017 Materiales metálicos - Ensayo de fatiga - Método controlado por fuerza axial
BS EN ISO 14273:2016 Soldadura por resistencia — Ensayos destructivos de soldaduras — Dimensiones de la muestra y procedimiento para el ensayo de cizallamiento por tracción, soldaduras por puntos y por proyección gofradas
BS EN ISO 14270:2016 Soldadura por resistencia — Ensayos destructivos de soldaduras — Dimensiones de la muestra y procedimiento para la prueba de desprendimiento mecanizada: resistencia a las soldaduras por puntos, juntas y por proyección gofradas
BS EN ISO 18592:2019 Soldadura por resistencia — Ensayos destructivos de soldaduras — Método para el ensayo de fatiga de muestras soldadas por varios puntos
BS EN ISO 14324:2003 Soldadura por puntos por resistencia — Ensayos destructivos de soldaduras — Método para el ensayo de fatiga de uniones soldadas por puntos
Método de ensayo estándar ASTM D1002-10R19 para determinar la resistencia aparente al cizallamiento de probetas metálicas unidas adhesivamente con unión simple a solape mediante carga de tracción (metal a metal)
Método de Prueba Estándar ASTM D1876-08R23 para la Resistencia al Pelado de Adhesivos (Prueba T-Peel)

Resultados para CAE

Confianza respaldada por los datos analizados: ofrecemos un análisis exhaustivo de los los resultados de los ensayos.
Resultados para CAE: proporcionamos parámetros listos para usar en nCode DesignLife.
Confianza y confiabilidad: los datos importados en nCode DesignLife proporcionan curvas de diseño para la optimización del producto.

Documentos técnicos

Halfpenny, A. y Vervoort, S. (2024) «Análisis dinámico de la fatiga de una unión soldada bajo cargas PSD aleatorias multiaxiales secuenciales y simultáneas», quinta conferencia internacional VAL5 sobre el rendimiento de materiales y componentes bajo carga de amplitud variable, DVM Materials Research and Testing e.V., Dresden, Alemania.
Bagni, C., Halfpenny, A., Hill, M. y Tarasek, A. (2024) «Un enfoque pragmático para la estimación de la vida útil a la fatiga de las articulaciones híbridas», Procedia Structural Integrity, 57, págs. 859-871.
Bagni, C., Halfpenny, A., Hill, M. y Tarasek, A. (2024) «Una metodología práctica para la estimación de la vida útil a la fatiga de las juntas adhesivas», Procedia Structural Integrity, 57, págs. 598-610.
Bagni, C., Halfpenny, A., Hill, M. y Tarasek, A. (2024) «Un enfoque práctico para la estimación de la vida útil a la fatiga de las articulaciones híbridas mediante ensayos y simulaciones numéricas», en: Cawte, E. R., Cockings, H. L., Stekovic, S. y Yates, J. R. (Eds.), Actas de la novena Conferencia Internacional sobre Durabilidad y Fatiga de la Engineering Integrity Society, 1, págs. 44-57. 19-21 de junio de 2024, Jesus College, Cambridge, Reino Unido.
Bagni, C., Tarasek, A., Halfpenny, A. y Hill, M. (2025) «Predecir la vida útil a la fatiga de las juntas adhesivas e híbridas: Un enfoque eficaz que combina simulaciones numéricas y pruebas físicas», Congreso Mundial NAFEMS 2025, Salzburgo, Austria. [En línea]. Disponible en: https://www.nafems.org/publications/resource_center/nwc25-0006998-paper/
Halfpenny, A., Plaskitt, R., Mantley, J. y Mann, N. (2012) «Análisis de fatiga de una junta soldada de un recipiente a presión mediante el método de integración de tensiones descrito en el código VIII de calderas y recipientes a presión de la ASME», duodécima Conferencia internacional sobre evaluación de la integridad estructural de ingeniería, EMAS Publishing.

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