Factor de concentración de esfuerzos de una viga de sección transversal circular variable en flexión

Resumen

En las pruebas de fatiga realizadas en máquinas de viga rotativa se utilizan probetas con geometrías estandarizadas, las cuales presentan cambios en su sección transversal para garantizar que la falla ocurra en una longitud de calibre. El cálculo correcto de los esfuerzos que se generan en la longitud calibrada de la probeta requiere que se considere algún factor de concentración de esfuerzos. Por lo tanto, en este trabajo se utilizaron tanto el Método de Elementos Finitos como la Teoría de Vigas para el cálculo del factor de concentración de esfuerzos de una probeta del tipo dog-bone con cambio de sección transversal complejo, el cual no se encuentra en la literatura especializada. Para ello, la mitad de la probeta se modeló en un software de elementos finitos como una viga en voladizo, empotrada en el punto medio de la longitud de calibre, y se determinó el esfuerzo dicha zona. Analíticamente, se calculó el esfuerzo considerando a la máquina de pruebas de fatiga como una viga a flexión de cuatro puntos. Los resultados de ambos métodos se compararon para establecer el factor de concentración de esfuerzos. Se determinó que, si no se toma en cuenta el factor de concentración de esfuerzos, el esfuerzo en la probeta calculado con los modelos analíticos es 24% menor que el obtenido en el software de elementos finitos.