Software Excel: tensiones y deformaciones en fatiga por fretting con contacto cilíndrico

Abstract

La fatiga por fretting es un tipo de fatiga que puede provocar el fallo en multitud de componentes industriales. Este fenómeno de fallo se produce en partes de estos componentes en las que existe una unión mecánica, unión en la que se encuentran en contacto dos o más piezas. Estos contactos poseen una amplia variedad de formas geométricas, sin embargo, en muchas situaciones, por su similitud geométrica y de acción de cargas externas, estos pares de contacto se pueden simplificar a un contaco cilíndrico, es decir, por el contacto entre un cilindro y un plano. El objetivo de este proyecto ha sido la creación de un software para calcular las tensiones y deformaciones y la representación gráfica de las mismas producidas en un contacto cilíndrico. A parte de estos objetivos, este software se ha realizado de forma que sea lo más sencillo posible para que, una vez finalizado, este se pueda usar fácil e intuitivamente por cualquier persona. Para conseguirlo, se ha usado el software Excel por las características que este posee, especialmente por el lenguaje de programación que tiene integrado: VBA. Este lenguaje se ha utilizado para crear dos macros que calculan las tensiones y deformaciones producidas en un contacto cilíndrico. La diferencia entre ambas es que una realiza el cálculo tensiones y deformaciones a lo largo de un segmento y otra muestra los resultados de una matriz de puntos. Los resultados numéricos obtenidos ejecutando cada una de ellas se muestran en hojas de Excel diferentes. En este documento se realiza una introducción a los contactos mecánicos y sus posibles mecanismos de fallos. Posteriormente, se explican las principales características de la fatiga por fretting y las particularidades del contacto cilíndrico, centrándose en las expresiones analíticas que gobiernan este problema y que se usan para calcular tanto las tensiones como deformaciones en el software desarrollado. El siguiente apartado describe las dos hojas del archivo Excel construido, así como los pasos que hay que seguir para conseguir obtener los resultados numéricos. Por último, se muestran las conclusiones de la realización de este trabajo y se anexan los códigos de Visual Basic desarrollados para la creación de las macros.

Fretting fatigue is a type of fatigue that can provoke failures in multiple industrial components. This failure phenomenon takes place in parts of those components that have a mechanic union, in which two or more pieces come in contact. This contacts possess a large variety of geometrical shapes, however in several situations, due to their geometrical resemblance and the action of external forces these contacts can be simplified to a cylindrical contact, meaning the contact between a cylinder and a plane. The objective of this project has been the creation of a software to calculate tensions and deformations and the graphical representation of them produced in a cylindrical contact. Leaving these objectives behind, this software has been made as simple as possible so that, once completed, it can be used easily and intuitively by anyone. Excel Software has been used to accomplish this, for the characteristics that it has, and specially for the programing language integrated: VBA. This language has been used to create two macros that calculate the stresses and strains produced in cylindrical contacts. The difference between both is that one calculates the stresses and strains along a segment and the other shows the results of a dot matrix. The results obtained executing each are shown in different excel pages. This document will make an introduction to mechanical contacts and the possible failure mechanism. Afterwards the main characteristics of fretting fatigue and the particularities of cylindrical contact will be explained, focusing in analytic expressions that rule this problem and are used to calculate stresses as well as strains in the developed software. The next section describes the two sheets of the Excel generated, as well as the steps that are needed follow to obtain the numerical results. Finally, the conclusions obtained during the fulfillment of this project are explained and the codes of Visual Basic developed for the macro’s creation annexed.