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http://ciateq.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1020/595| Estudio sobre el proceso de granallado interno a barras estabilizadoras tubulares para mejorar el perfil de esfuerzos residuales compresivos | |
| FEDERICO MARTINEZ GUERRERO | |
| Ma. Guadalupe Ortiz López Luis Alberto Cáceres Díaz JOHN DAIRO HENAO PENENREY | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución-NoComercial-CompartirIgual | |
| Engineering and technology Mechanical technology and engineering Specialized industrial machinery | |
| El granallado es un proceso de trabajo mecánico que se aplica a partes metálicas para crear esfuerzos residuales compresivos benéficos, incrementar la resistencia mecánica superficial para inhibir la propagación de micro-grietas, así como para aumentar la resistencia a la fatiga en componentes mecánicos sometidos a esfuerzos cíclicos como alabes de turbinas y barras estabilizadoras automotrices cuando se encuentran funcionando. Las tendencias más recientes en el desarrollo de productos automotrices involucran objetivos muy agresivos de reducción del peso vehicular, por lo que una estrategia buena y factible sería aplicar el proceso de granallado en la superficie interna de elementos tubulares. En el presente trabajo, se hace una revisión de los factores que tienen influencia directa en la generación de los esfuerzos residuales compresivos. Se realizan mejoras al proceso en relación a su aplicación industrial y la predicción de su desempeño desde las perspectivas teórica y experimental. Usando un enfoque de mecánica de fluidos basado en la ley de Conservación del Momento y el Principio de Continuidad se describe el flujo de una mezcla de aire comprimido y el medio de granallado a través de un tubo. Dicho comportamiento se estudia bajo configuraciones específicas de parámetros y particularmente por medio de la variación de la geometría de una boquilla utilizada para dirigir la granalla a la zona del tubo a granallar. La velocidad de la granalla resultante de este modelo es utilizada como punto de partida para la determinación de la magnitud y profundidad del perfil de los esfuerzos residuales en una tira para medición de intensidad “Almen” estándar granallada. El estado de Esfuerzo-Deformación del material se considera en tres diferentes comportamientos mecánicos: elástico, elasto-plástico y plástico. Realizando el acoplamiento de los modelos de fluidos y solidos mediante la interacción de una partícula de granalla con la tira de intensidad “Almen” se propone una herramienta de simulación que mediante el ajuste de parámetros del proceso y las propiedades mecánicas de la granalla y la tira de intensidad “Almen”, permite predecir el perfil de esfuerzos residuales compresivos en la superficie interna del componente tubular granallado. Experimentalmente, se realizan varios grupos de pruebas con variación de parámetros enfocados al estudio de su influencia en la intensidad Almen, el perfil de esfuerzos residuales compresivos y el porcentaje de cubrimiento del granallado. Como resultado, es posible identificar la mejor combinación de parámetros del proceso y la geometría de la boquilla más eficiente para aplicación del mismo. Shot peening is a mechanical cold work process that is applied to metallic parts with the purpose to originate beneficial compressive residual stresses, to increase the surface hardness on these parts in order stop the propagation of surface micro-cracks as well as to set-up the fatigue life in mechanical components which are subjected to cyclic stress like aeronautic turbine blades or automotive stabilizer bars while in function. The most recent trends in automotive product development involve aggressive vehicle weight reduction targets, therefore a good and feasible strategy would be to apply the shot-peening process on the inner surface of tubular elements. In the present work, a review of the factors that have a direct influence on the creation of the compressive residual stress, is made. Improvements to the process regarding the industrial application and its performance prediction are conducted under two perspectives the analytical and experimental one. A fluid mechanics approach based on the Conservation of Momentum and Continuity Principle to describe the flow of a mixture of compressed air and blasting media through a pipe is considered. The behavior of the flow is studied under specific configurations of parameters and particularly through the variation of the geometry of a nozzle used to direct the shot to the zone of the tube to peen. The shot speed resulting from this model is used as a starting point for the determination, through Hertz's contact stress Theory, of the magnitude and depth of the profile of residual stress on an inner-shot peened standard “Almen Intensity” strip. To determine the Stress-Deformation state of the material, three different behaviors from the solid mechanics stand point are considered: elastic, elasto-plastic and plastic. Coupling the fluid and mechanical models by the interaction of a shot particle with an Almen intensity strip it is proposed a simulation tool that by setting-up the process parameters, as well as the mechanical properties of the shot media and the Almen Intensity strip, allows to predict the profile of compressive residual stresses on the inner surface of the inner-shot-peened tubular component. Experimentally, several groups of tests are conducted with variation of process parameters focused on their influence on the Almen Intensity, the profile of compressive residual stress and the shot peening coverage percentage. As a result, it is possible to identify both the best combination of process parameters and the geometry for the most efficient nozzle for the process application. | |
| CIATEQ, A.C. | |
| 2019 | |
| Tesis de doctorado | |
| Español | |
| Público en general | |
| MAQUINARIA INDUSTRIAL ESPECIALIZADA | |
| Versión aceptada | |
| acceptedVersion - Versión aceptada | |
| Aparece en las colecciones: | Doctorado en Manufactura Avanzada |
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| MartinezGuerreroFederico DMANAV 24junio2022.pdf | Tesis de doctorado en texto completo | 186.6 kB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |