Desarrollo de un modelo sólido de perno/tuerca utilizado en análisis estructural 3D-FE para juntas atornilladas

Este estudio tiene como objetivo desarrollar un modelo sólido de perno/tuerca utilizado en análisis 3D-FE para el diseño de resistencia de estructuras mecánicas con juntas atornilladas para obtener las fuerzas internas y el momento de flexión que actúan sobre el conjunto perno/tuerca. Un modelo sólido de perno/tuerca tiene la ventaja de reducir drásticamente el tiempo de cálculo, ya que requiere menos elementos y superficies de contacto. Por otro lado, el modelo sólido debe tener las mismas rigideces axiales y flexionales que el conjunto real de perno/tuerca para mantener la precisión del equilibrio de fuerzas y desplazamientos en la junta atornillada y de las fuerzas internas o tensiones que actúan sobre el conjunto perno/tuerca calculadas. Este estudio muestra cómo determinar los parámetros de diseño para el modelo sólido directamente de las especificaciones de conjuntos reales de perno/tuerca de manera adecuada. Para demostrar la validez del modelo sólido desarrollado, se calculan las tensiones que actúan sobre el conjunto perno/tuerca en una junta atornillada de tapa de cilindro sometida a presión interna mediante análisis 3D-FE utilizando (a) un conjunto de perno/tuerca modelado completamente en simetría axial y (b) el modelo sólido de perno/tuerca desarrollado. Los resultados obtenidos usando el modelo sólido propuesto coinciden con precisión con los que usan el modelo de conjunto de perno/tuerca completamente modelado, y muestran buena concordancia con la medición utilizando los galgas de deformación colocadas en el vástago del perno también. Esto resalta claramente la efectividad y utilidad del modelo sólido desarrollado.