Validación de modelo analítico para predecir el aflojamiento en uniones atornilladas bajo vibraciones laterales.

Abstract

Los tornillos se usan como medio de sujeción y están presentes en muchos sectores como en la construcción, en la ingeniería, y en la industria. Su gran utilización se debe a su diseño simple, pero efectivo. Sin embargo, cuando una unión atornillada se encuentra en una zona donde hay vibraciones pueden llegar a suceder problemas como fatiga, desgaste de materiales y autoaflojamiento. Es el autoaflojamiento, precisamente, un fenómeno común y preocupante en una variedad de aplicaciones industriales y mecánicas, especialmente en entornos como maquinaria en funcionamiento, vehículos en movimiento o estructuras sometidas a cargas dinámicas, en los que puede producirse un proceso gradual de aflojamiento. Por ello, se quiere validar un método analítico que podría ser usado para saber si las vibraciones laterales a las que está expuesto un tornillo son suficientes o no para producir el aflojamiento de éste. Se trata de un método analítico que, a través de varias ecuaciones, establece una forma de cálculo para determinar en qué condiciones se produce el deslizamiento y con ello el aflojamiento del tornillo. Este trabajo trata de validar un método analítico a través de la aplicación de ese método y del método de los elementos finitos a la cabeza del tornillo, verificando que los resultados obtenidos por los dos métodos son equivalentes.

Torlojuak bi elementu edo gehiago lotzeko erabiltzen dira, eta sektore askotan daude, hala nola eraikuntzan, ingeniaritzan eta industrian. Oso erabilgarriak dira bere diseinu sinplea, baina eraginkorra delako. Hala ere, torloju bidezko lotura bibrazioak dauden eremu batean dagoenean, nekea, materialen higadura eta auto-lasaitzea bezalako arazoak gerta daitezke. Autolasaitzea, hain zuzen ere, fenomeno arrunta eta kezkagarria da askotariko aplikazio industrial eta mekanikoetan, batez ere funtzionamenduan dauden makinerian, mugimenduan dauden ibilgailuetan edo karga dinamikoen eraginpean dauden egituretan, horietan pixkanaka lasaitzeko prozesua gerta daitekelako. Horregatik, metodo analitiko bat balidatu nahi da, torloju baten alboko bibrazioak torlojua lasaitzeko nahikoak diren ala ez jakiteko erabil daitekeena. Metodo analitiko honek, hainbat ekuazioren bidez, kalkulu modu bat ezartzen du, irristadura zein baldintzatan gertatzen den zehazteko eta eta beraz, torlojuaren lasaitzea. Lan honen helburua metodo analitiko bat baliozkotzea da, metodo hori eta elementu finituen metodoa torlojuaren buruan aplikatuz, bi metodoen bidez lortutako emaitzak baliokideak direla egiaztatuz.

Screws are used as a means of fastening and are present in many sectors such as construction, engineering and industry. Their wide use is due to their simple but effective design. However, when a bolted joint is in an area where there is vibration, problems such as fatigue, material wear and self-loosening can occur. Self-loosening is precisely a common and worrying phenomenon in a variety of industrial and mechanical applications, especially in environments such as operating machinery, moving vehicles or structures subjected to dynamic loads, where a gradual loosening process can occur. Therefore, we want to validate an analytical method that could be used to know if the lateral vibrations to which a bolt is exposed are enough or not to produce the loosening of the bolt. It is an analytical method that, through several equations, establishes a form of calculation to determine under what conditions the slippage occurs and thus the loosening of the screw. This work tries to validate an analytical method through the application of this method and the finite element method to the screw head, verifying that the results obtained by the two methods are equivalent.