La terminología empleada en CosmosWorks, para definir los esfuerzos variables, a partir de un estudio estático, propios de un estudio de fatiga se denominan “Sucesos”, los cuales se clasifican en

1. 1
PARÁMETROS FUNDAMENTALES DE ESTUDIOS DE FATIGA EN COSMOSWORKS 2008
Material preparado por Rodolfo Pizarro González, Proyectista mecánico Universidad de Santiago de Chile.

2. 2
Definición de los sucesos:
La terminología empleada en CosmosWorks, para definir los esfuerzos variables, a partir de un
estudio estático, propios de un estudio de fatiga se denominan “Sucesos”, los cuales se
clasifican en:
Completamente invertida (LR=-1)= Se refiere a situaciones de esfuerzos entre tracción y
compresión, los valores de los componentes de la tensión máxima y mínima son iguales en
magnitud y opuestos en dirección en cada nodo del mallado.
Con base en 0 (LR=0) = Se refiere a esfuerzos del tipo repetido en tracción, o compresión
variando desde 0 hasta un valor numérico determinado, correspondiente a tracción o compresión
en cada nodo del mallado.

3. 3
Relación de carga= Se utiliza en esfuerzos alternados es decir una parte en tracción y otra en
compresión, dicha relación de carga es el cuociente entre los porcentajes de carga en tracción y
compresión para cada nodo del mallado. Un factor de relación de carga de 0.5 equivale a una
relación de carga 1:2, por lo tanto un factor de relación de carga=1 quiere decir que se tiene 50%
de trabajo en tracción y 50% de trabajo en compresión.
En la gráfica, el valor “R” representa la relación de carga definida por el usuario

4. 4
Buscar picos del ciclo = El suceso de fatiga se basa en múltiples estudios estáticos de
referencia, creados anteriormente. El programa utiliza los resultados de tensión especificados
para buscar los valores máximos del ciclo, que sirven para identificar la tensión mas elevada
para cada nodo.
Para poder definir dentro de Cosmosworks el tipo de suceso a utilizar, hacemos clic derecho
sobre suceso y elegimos editar definición
Posteriormente aparece un cuadro de diálogo donde elegimos el tipo de suceso

5. 5
Opciones principales del cuadro de diálogo fatiga.
Se accede a este cuadro de dialogo haciendo clic derecho sobre el estudio de fatiga y elegir
propiedades

6. 6
Interacción entre sucesos de amplitud constante = Los cálculos de fatiga pueden ser
evaluados considerando 2 opciones, una es por medio de Interacción aleatoria y la segunda sin
interacción. En la mayoria de los casos basta con utilizar la opción de interacción aleatoria, ya
que sus resultados son bastante exactos y están basados en el código ASME (American Society
of Mechanical Engineers)
1-Interacción aleatoria= El programa evalúa la tensión alterna máxima considerando todas
las combinaciones posibles de cargas de fatiga en cada nodo. Luego, el programa utiliza la regla
de Miner y el Código ASME de Construcción de calderas y recipientes de presión para definir un
conjunto de sucesos de fatiga modificados.
Este procedimiento predice un factor de daño más alto que la aplicación consecutiva de sucesos
definidos, a menos que los valores extremos de tensión de sucesos diferentes tengan una
diferencia marginal. En dichos casos, se recomienda ejecutar dos estudios diferentes; un estudio
sin interacción entre los sucesos y otro estudio con interacción aleatoria. Los resultados pueden
revelar que una opción muestra un daño más alto en algunas ubicaciones mientras que la otra
opción muestra un daño más alto en otras ubicaciones.
Ejemplo:
Sucesos definidos por el usuario ( correspondientes a relación de carga)
Suceso 1: 8000 ciclos de tensiones que alternan entre 900 psi y -400 psi
Suceso 2: 2000 ciclos de tensiones que alternan entre 700 psi y -700 psi
Sucesos modificados (carga completamente invertida)
Suceso 1: 2000 ciclos con tensión alterna de (900 + 700)/2 = 800 psi
Suceso 2: 6000 ciclos con tensión alterna de (900 +400)/2 = 650 psi
2- Sin interacción entre los sucesos = El programa evalúa la tensión alterna de forma
separada sin considerar combinaciones posibles de carga.

7. 7
Opciones de sucesos de amplitud variable= Con esta opción del cuadro de diálogo fatiga, se
define el algoritmo de cálculo, definiendo como algoritmo al conjunto ordenado y finito de
operaciones que permite hallar la solución de un problema.
Los 2 algoritmos de cálculo disponibles en CosmosWorks son:
Nº de cajas para el conteo Rainflow. Establece el número de celdas para la descomposición
del registro de amplitud variable. Por ejemplo, si ingresa 32, el programa individualiza las cargas
en 32 intervalos equidistantes. La carga dentro de cada intervalo es constante.
Filtrar ciclos de carga debajo de... % de intervalo máximo. El programa filtra ciclos de carga
con intervalos inferiores al porcentaje especificado de intervalo máximo. Por ejemplo, si usted
especificó 3%, el programa descarta los ciclos que posean intervalos de carga inferiores al 3%
del intervalo máximo del historial de carga. Use este parámetro para filtrar el ruido de los
dispositivos de medición.
El uso de cantidades elevadas distorsiona el registro de amplitud variable y ocasiona una
subestimación del daño. Para obtener una predicción exacta del daño, la tensión alterna más alta
filtrada no deberá superar el límite de resistencia equivalente de toda curva SN asociada.
Calcular tensiones alternas usando = Establece el tipo de tensión necesaria para calcular las
tensiones alternas equivalentes que serán utilizadas para extraer la cantidad de ciclos a partir de
la/las curva/s S-N. El tipo mas comúnmente es el criterio de energía de distorsión máxima de
Von Misses.
Cara de elemento Shell = Establece la cara en que se lleva a cabo el análisis de fatiga.
Superior= Realiza el análisis de fatiga para las caras superiores.
Inferior = Realiza el análisis de fatiga para las caras inferiores.

8. 8
Corrección de tensiones medias = Define el método de corrección de la tensión media
Ninguna.=Sin corrección.
Método de Goodman- = generalmente adecuado para materiales frágiles.
Método de Gerber = generalmente adecuado para materiales dúctiles.
Método de Soderberg = generalmente el más conservador reduciendo el valor del limite de
fluencia.
Factor de reducción de la resistencia a la fatiga Kf= Se define Kf como un Factor real de
concentración de esfuerzos para determinar la reducción de la resistencia a la fatiga del material.
El programa divide la tensión alterna por este factor antes de leer el número correspondiente de
ciclos desde la curva S-N. Esto equivale a reducir el número de ciclos que causan fallos a
determinada tensión alterna. Los manuales de fatiga sugieren valores numéricos para el factor
de reducción de la resistencia a la fatiga.
Se pueden ingresar los datos de Kf haciendo clic derecho sobre el estudio de fatiga y eligiendo
propiedades

9. 9
El valor de Kf se puede determinar mediante el siguiente modelo
Kf= 1+q (kt-1)
Donde
q = valor experimental de la sensibilidad a la entalla, debido a la concentración de
esfuerzos, ejemplo de esto son los cambios bruscos de sección, encuentro en aristas vivas de
superficies etc. Los valores de q obtenidos en laboratorio por medio de ensayos de
fotoelasticidad o métodos extensometricos, dichos valores varían de 0 a1.
Kt = valor teórico del factor de concentración de esfuerzos. Los valores medios van de 1 a
3, pero pueden ser superiores a 3.

10. 10
Concentración de Esfuerzos en una Placa Perforada
Indicador de biaxialidad= Efectúa el trazado de la relación de la tensión alterna principal menor
(ignorando la tensión principal alterna más cercana a cero) dividida por
la tensión principal alterna mayor. Un valor de –1.0 indica estado cortante puro, y un valor de 1.0
indica estado biaxial puro, es decir, en ese punto las tensiones mayores y menores son iguales
Para mostrar el indicador de biaxialidad, es necesario hacer clic derecho sobre resultados y
seleccionar “definir trazado de fatiga”

11. 11
Posteriormente es necesario elegir “Trazado de indicador de biaxialidad”
Arrojando la gráfica solicitada
Al observar la imagen, las zonas azules, que indican un índice de biaxialidad=1, estan bajo un
estado de esfuerzo cortante.

12. 12
Definición de un suceso de carga de amplitud variable
Permite obtener el estudio de fatiga, en condiciones de carga de amplitud variables, basándose
en el estudio estático realizado anteriormente en el modelo
Para cambiar el tipo de suceso:
- Hacer clic derecho en cargas y elegir cambiar tipo de suceso
Luego aparece otro cuadro de dialogo y elegir datos de historial variables

13. 13
Nuevamente hacer clic derecho sobre carga y elegir agregar suceso
Aparece el PropertyManager Agregar suceso (Variable).
Haga clic en Obtener curva.
Aparece el cuadro de diálogo Cargar curva de historial.

14. 14
Haga clic en Obtener curva.
Vaya a la carpeta de instalación de COSMOS, seleccione Sample SAE Curves.cwcur. (ejemplo
tutorial)
Luego aparecen las opciones de curva del tutorial
En Biblioteca de curvas, seleccione Suspensión SAE y haga clic en Aceptar.
La curva se carga.

15. 15
NOTA: La primera amplitud de la curva es -999 y la media es negativa. Se utilizará el método de
Gerber para representar la corrección de tensión media especificada en las propiedades del
estudio.
Haga clic en Aceptar.
NOTA: La primera amplitud en el historial de tiempo es -999 (signo negativo corresponde a
tensión por compresión). Imagine que este valor corresponde a una carga de apoyo total de
12000 libras, o sea dos veces la carga de apoyo total aplicada en el estudio estático, (también
podría haber utilizado el valor original de 6000)
El factor de escala (FS) en el próximo paso se debe calcular como:
FS = (12000/6000)(1/-999)=-0.0020
En la celda Estudio, seleccione el estudio estático. Establezca el Factor de escala asociado al
estudio estático en -0.002.
NOTA: COSMOSWorks ajusta la escala de las tensiones de la misma manera. Por ejemplo, la
tensión máxima de Von Mises asociada con la amplitud de carga de fatiga ”A “ equivale a :
Tensión máxima de Von Mises = (-0.002)(A)(S)
donde S es la tensión asociada con el estudio estático en una ubicación.

16. 16
Luego Establezca el Número de repeticiones en 1.
Haga clic en
Haga clic en ejecutar estudio
Haga clic con el botón secundario del ratón en la carpeta Resultados y seleccione Definir
trazado de fatiga.

17. 17
Haga clic en Trazado de daños.
Haga clic en
Aparece el gráfico de daños
El daño máximo es 0.003057 . El trazado de daños muestra que la pieza probablemente falle
debido a una fatiga luego de 1/(daño máx.)= 1/(0.003057) = 327.11 bloques (repeticiones) del
suceso de carga de amplitud variable. Este resultado se verifica mediante el trazado de vida total
como se muestra en el siguiente procedimiento.

18. 18
Para generar el trazado de vida:
Haga clic con el botón secundario del ratón en la carpeta Resultados y seleccione Definir
trazado de fatiga.
Haga clic en Trazado de vida total
Haga clic en
Se muestra el trazado Vida total.
NOTA: La vida total más pequeña es 327 como se calculó anteriormente.

19. 19
Obtención de gráficos por daños según nodos
Haga clic con el botón secundario del ratón en la carpeta Resultados y seleccione Definir
gráfico de matriz.
Seleccione Ubicación de peores daños, aparece automáticamente el nodo más solicitado.
También seleccione Matriz Rainflow en el menú Tipo de gráfico
Haga clic en

20. 20
Apareciendo el gráfico requerido

21. 21