Modelo numérico de un eje ferroviario a escala para un análisis vibratorio de fisuras

Abstract

En este documento se va a abordar el problema del mantenimiento de ejes en las máquinas. En la maquinaria actual, tanto en vehículos como en máquinas industriales el mantenimiento es muy importante para evitar fallos en el funcionamiento que pueden acabar incluso en accidentes. En este caso se va a determinar cuáles son los modos de vibración de un eje determinado, así como sus frecuencias características. En la realidad, los defectos en el eje se obtendrán mediante ensayos no destructivos, pero estos resultados no tienen sentido si no existen estudios previos que determinen cuándo un defecto es potencialmente peligroso o cuántos ciclos más puede aguantar antes de que sea necesario sustituir la pieza. Existen varias formas de realizar estos estudios previos a los NDT (Non Destructive Testing): ensayando un componente real en un banco de ensayos, construyendo un modelo a escala de un componente y ensayándolo en un banco de ensayos o realizando un análisis modal mediante programas informáticos. El método elegido para este trabajo es una combinación entre el de crear un modelo a escala de la pieza que se pretende ensayar y el del análisis modal. Se va a modelar una pieza a escala de un eje ferroviario real, con el objetivo de reducir el volumen de cálculo, mediante el programa Solid Edge st10. Con este modelo se pretende estudiar los defectos en un eje, por lo tanto, el siguiente paso será diseñar una grieta parametrizada en la pieza, de modo que permita exportar diferentes modelos de eje con defecto al programa ANSYS Workbench v19. Una vez se tengan las distintas piezas se realizará un análisis modal para cada una con el objetivo de encontrar sus modos normales de vibración y frecuencias características. Con estos datos se podrá tener una referencia de cuándo hay un defecto que esté afectando al funcionamiento de la máquina. Estos datos se contrastarán con los obtenidos en una máquina de ensayos que pertenece al departamento MAQLAB (máquina de ensayos Rotokit) de la universidad Carlos III de Madrid donde se realizará un análisis de vibraciones del mismo eje incluyendo los mismos defectos y así se podrá comprobar la veracidad de los resultados obtenidos. Los resultados obtenidos en el ensayo de la máquina de fallos quedarán reflejados en este documento. Por último, se intentará obtener una gráfica PSD con ANSYS Workbench tratando de imitar las condiciones de ensayo del rotokit. El objetivo principal es encontrar un método fiable para obtener los mismos resultados de un ensayo de vibraciones en un banco físico usando únicamente un ordenador.