El "posible"por qué de la rotura del basculante de Ben Spies

[sindios_69]

Si no recuerdo mal, tanto el chasis de la Ossa Monocasco de Giró como algún otro de Don Antonio, salieron de materiales directamente llegados de la NASA, igual que los primeros elementos en fibra de carbono.

Saludos.

HOLA Hola hola....

algo leí yo en su día al respecto, que el sr. Cobas apareció con unas planchas de carbono llegadas básicamente de la NASA y diseñó no sé si fue un chasis o el carenado (imagino que el carenado)

Respecto al grafeno, yo pensaba que era un superconductor. Pero es posible que piense mal.

vvss 

[mak46]

Del grafeno yo tenía entendido que se estaba estudiando como superconductor, para reemplazar el uso del Coltán.

En cuanto a materiales, siempre dependerá del uso, y también muchas veces se generaliza en las propiedades, sobre todo en las noticias que salen, ya que así atraen. Pero luego a la hora de la verdad hay que estudiarlas

¿se puede decir que el titanio tiene mayor resistencia que el acero?

No necesariamente tiene que ser así por ejemplo,

La aleación de titanio con 6% de Al y un 4% de V (vanadio), tiene un límite de rotura de 900 MPa, mientras que el acero F125 tiene un límite de rotura de 1200 MPa.
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Me parece interesante, pero se ha roto, seguramente, cerca de una soldadura.

Si la soldadura está bien hecha normalmente no rompen por ahí, hace unos meses compre un tubo para ver si me servía le hice varias pruebas entre estas ensayos de tracción, primero con una probeta del tubo, y luego con una probeta soldada y se sometió a tracción, la rotura de esta no se produjo por la soldadura sinó por encima a una distancia de la misma. Finalmente el tubo se descartó porque no daba la resistencia necesaria para el peso que tenía (era un a mielda  ). En septiembre tendre algún otro ensayo con los tubos nuevos (para comprobar que lo que compramos se corresponda con lo que nos enviaron), ya que agosto la uni está cerrada.

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Por cierto el fin de semana terminare, con la explicación, ya que tendré mas tiempo.

Salu2 

[wxat]

Lo de giro eran planchas de magnesio, tanto como de la Nasa no creo

Vale, he estado "arrebuscando" por ahí y el magnesio era, por entonces, un material practicamente desconocido en España (o por lo menos, la forma de trabajarlo), pero Eduardo tenía conocimientos de aeronáutica y contactos en USA e importó unas planchas desde allí. No estoy en disposición de corroborar que fueran de la NASA, pero teniendo en cuenta los factores (que se estaba experimentando con el material, que se estaba empleando en la industria aeroespacial y que la carrera espacial USA vs URSS estaba en pleno apogeo) tampoco me atrevería a desmentirlo rigurosamente. O puede simplemente que mi memoria me haya hecho una jugarreta mezclando NASA con USA... 

Es más, me he enterado de que ni siquiera se sabía el procedimiento correcto para soldarlo (se necesita una atmósfera inerte porque es inflamable) y que Giró tuvo que experimentar y desperdiciar unas cuantas planchas antes de dar con la clave.

Saludos.

[carakol]

Las metieron de estrangis por la frontera..........

[mak46]

Tal como comente el otro día, 'solo' me quedaba por explicar el diagrama S - N y alguna regla empírica para ya por fin exponer en breve mi teoría de las posibles causas.

Diagrama S - N

El diagrama S - N es un diagráma que se obtiene de forma empírica, se conoce también como relación esfuerzo - vida. Relaciona el en eje de ordenadas la resistencia a la fatiga, y en el eje de abcisas al número de ciclos de esfuerzos. Este diagrama es propio para cada material y aleación.

Como ya comente con anterioridad la forma de obtención de este diagrama es de forma empírica, es decir, que se somete a una probeta, con unas características determinadas, a fuerzas repetidas o variables, mientras se cuentan el número de ciclos hasta su destrucción. El dispositivo de ensayo a la fatiga empleado con más frecuencia es la máquina de viga rotativa de alta velocidad de R.R. Moore. Se necesita una gran muestra de ensayos para tener una muestra representativa para determinar la curva. En la siguiente imagen podemos observar una nube de puntos, que se obtiene mediante este ensayo, a los cuales se ajusta una curva (llamada curva de Wohler) de manera que el 50 % de los puntos queden por encima de ella y la otra mitad por debajo.



Debido a que para ciertos valores del esfuerzo aplicado al número de ciclos para la rotura suele ser de muchos millones, la curva se suele representar en escala logarítmica, tal como podemos ver en la siguiente imagen.



Hay materiales como el hierro, los aceros, las fundiciones, el magnesio, titanio, etc. en los cuales la curva tiende a la horizontalidad para números de ciclos muy elevados en estos casos, se observa un claro límite a la fatiga, es decir que para valores de tensiones inferiores a este límite el material no romperá, independientemente del número de ciclos. Mientras que en otros materiales no férricos, por ej. el aluminio, la curva no llega nunca a ser horizontal por lo que en este caso se define un límite convencional de fatiga, que es la tensión que es capaz de soportar el material en un ensayo de flexión rotatoria (mediante el dispositivo de Moore), en una prueba normalizada, durante 10⁸ ciclos. A continuación veremos un par de ejemplos para facilitar la comprensión.

[mak46]

De forma genérica para aceros podemos establecer un valor para 1000 ciclos de 0,9 x Sut, mientras para 1000000 de ciclos el valor del límite a la fatiga estará aproximadamente en 0,5 x Sut.

Para poner un ejemplo numérico utilizaremos un acero ASTM – A242, que tiene un límite de rotura (Sut) igual a 480 MPa.

Para 1000  ciclos el valor de la curva será de 0,9 x 480 = 432 MPa

Para 1000000 de ciclos el valor de curva será de 0,5 x 480 = 240 MPa

Para el resto de valores de la curva, que al ser escala logarítmica se asemeja a una recta (cuya forma matemática es Y= a•X+b) planteamos un sistema de ecuaciones de dos ecuaciones y dos incógnitas, con esto obtenemos una función con la que obtendremos el resto de valores, siendo en este caso la siguiente

Log S = - 0,085 Log N + 2,891

Esta ecuación es válida para valores de ciclos entre 1000 y 1000000, ya que para fatiga de bajo ciclaje, menores de 1000, los valores son otros, y no son muy exactos por lo que hay un método específico para ello, y cuando es mas de un millón de ciclos la recta es horizontal donde el valor es el mismo que el del valor del límite de fatiga, en la siguiente gráfica (genérica) esto se puede apreciar con mayor claridad.



Como hemos dicho con anterioridad el aluminio y sus aleaciones no tienen un claro límite de fatiga, es decir que la curva nunca se hace horizontal, por lo que siempre habrá un numero de ciclos en los cual la pieza romperá, por lo que se toma el valor de resistencia a la fatiga en los 5 x 10⁸, este valor es el 0,4 x Sut.

Como ejemplo numérico utilizaremos los datos del aluminio 6061 (aleación de aluminio con Si, Fe, Cu, Mn, Mg, Cr, Zn, Ti), cuyo límite de rotura es igual a 260 MPa,

Para 1000  ciclos el valor de la curva será de 0,9 x 260 = 234 MPa

Para 500000000 de ciclos el valor de curva será de 0,4 x 260 = 104 MPa

Al igual que para el acero obtenemos la ecuación de la recta que nos dará el valor de la resistencia a la fatiga para el numero de ciclo que nos interesara, en nuestro caso será

Log S = - 0,062 Log N + 2,555

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Las tensiones de fatiga para cada uno de los ciclos que se obtienen en la gráfica deben ser corregidos por unos factores de corrección como son:

- Factor de carga

- Factor de tamaño

- Factor de superficie

- Factor de temperatura

- Factor de confiabilidad

Pudiendo reducirse el valor de la tensión de fatiga hallado en la curva un 30 o 40 %

[mak46]

A continuación una regla que modifica el diagrama S - N, conocida como regla de Palmgren - Miner, o del daño acumulativo, esta refleja que cuando se somete a un material a una tensión alterna un determinado número de ciclos se produce un daño en el material, con lo que el diagrama S - N se ve modificado, pudiendo producirse un fallo para una tensión inferior a la prevista para un número de ciclos determinado. Lo unico que esta regla no recoje el orden de aplicación de las tensiones a las que se somete, en este sentido hay una modificación de esta regla que si los recoge como es la regla de Manson.

Es decir si para un material determinado tenemos una tensión de 400 MPa a 500000 ciclos, luego de aplicarle una tensión alterna de 200 MPa por un número determinado de ciclos, la tensión a los 500000 ciclos no será ya 400 MPa, sino que será menor, cuanto menor? dependerá del numero de ciclos que se aplica la tensión alterna. Esto tiene como consecuencia que si se tiene previsto que el material aplicandole una tensión alterna de 400 MPa, durará 500000 ciclos, y no se corrige de acuerdo al daño, romperá durante su funcionamiento, antes de la vida útil que se le ha estimado.

[mak46]

Una vez terminada, la explicación teórica que, en cierta medida servirá para que lo que comente a continuación no suene totalmente a chino, volvemos al objetivo por el cual he abierto este hilo, que es el posible porque de la rotura del basculante de Ben Spies, es decir como pudo romper si no se han apreciado grietas visibles y no había llegado a su vida útil estipulada por el fabricante.

Personalmente creo que las posibilidades pueden ser tres:

La primera que la caída del sábado haya dado como resultado una tensión tal que se haya producido daño en el material (no tenido en cuenta), y que la aplicación de cargas posteriores, no hayan podido ser resistidas por el mismo con la consecuente rotura. Además se debe tener en cuenta que los esfuerzos a los que se somete el basculante en la curva del sacacorchos es mucho mayor que los que se dan en otra curva.

La segunda que una grieta no visible haya crecido de tal manera que la sección donde se produjo la rotura se haya visto disminuida, con la consecuencia de que al haber una menor sección las tensiones se disparan; por poner un ejemplo numérico si se aplica una fuerza perpendicular al plano de 400 N en una sección de 1 mm², la tensión será de 400 MPa, pero si por una grieta la sección pasa a ser de 0,5 mm² la tensión pasa a ser de 800 MPa; haciendo que la pieza rompa.

La tercera una combinación de las 2 hipótesis anteriores.
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Con esto ya doy por finalizado la explicación, espero les haya parecido al menos interesante, si tienen alguna duda ya saben, pregunten y si lo se tratare de resolverla, sino haber si buscando en libros la resolvemos entre los que se apunten  .

Espero haber logrado el objetivo de hacer la explicación lo más sencilla posible. Gracias a todos los que han llegado hasta el final de la lectura, sin dormirse, jejejeje.

Salu2 

[sergio doohan]

Muy muy muy interesante...

es un lujo poder leer esto y además gratis!!!!

 

[wxat]

Yo tenía bastante con el último post 

Pero infinitas gracias por tu esfuerzo para documentar tu opinión. Casi diría que he entendido todo el desarrollo, pero... no me hagas repetirlo de memoria 

Saludos.

[mak46]

Está bien Wxat de memoria no te lo pediré, te dejo un par de apuntes al frente 

me alegra que les haya parecido interesante a ti y a Sergio, gracias a ustedes por haberlo leído. Va bien salirse debes en cuando de la norma de los hilos, aunque estos lleven mucho más trabajo y no sean tan leidos como otros.

Me queda por añadir un post donde hable de como hallar las tensiones en piezas complejas, mediante el método de elemento finito. Que se lo prometí a SantiagoDucal, en un post. Aunque esto lo haré otro día.

Salu2 

[Rasmien]

Me has rejuvenecido 18 años (el tiempo que hacía que estudié eso...). Desde entonces no lo había echado de menos 

Por la foto en la que se ve la moto cuando la levantan, parece que la rotura es de una bieleta. La rueda parece alineada con el chasis, pero baja. Como si se hubiera llevado un tope de suspensión importante que doblara / agrietara la bieleta que no trabaja a tracción (en los sistemas comunes, sólo hay una que trabaja a flexión, la que está conectada de alguna manera a chasis, basculante y amortiguador).

Pudiera ser que el primer tope salvaje de suspensión (caída) fuera el que iniciara el daño (grieta) y los sucesivos topes de suspensión de la caída de la chicane al curvón del sacacorchos, además de los baches, hicieran el resto.

Además un circuito tan bacheado obligaba a montar suspensiones blandas, que pudieran provocar más topes de suspensión. O unas suspensiones demasiado duras para poder abrir gas a gusto le provocaran la rotura en los baches. O...

No sé si su jefe de mecánicos (Houseworth?) estará tan disponible por twitter como Forcada, por preguntarle 

[More_46]

Muchas gracias por el curro que te has dado mak46, tengo pendiente de lectura la última parte, hasta ahí lo he entendido todo, gracias por hacerlo entendible. Por cierto, ¿que estudios estás realizando? si no es mucho preguntar. Puedes contestar por privado si quieres y así no te ensucio el post.

[mak46]

Me has rejuvenecido 18 años (el tiempo que hacía que estudié eso...). Desde entonces no lo había echado de menos 

Por la foto en la que se ve la moto cuando la levantan, parece que la rotura es de una bieleta. La rueda parece alineada con el chasis, pero baja. Como si se hubiera llevado un tope de suspensión importante que doblara / agrietara la bieleta que no trabaja a tracción (en los sistemas comunes, sólo hay una que trabaja a flexión, la que está conectada de alguna manera a chasis, basculante y amortiguador).

Pudiera ser que el primer tope salvaje de suspensión (caída) fuera el que iniciara el daño (grieta) y los sucesivos topes de suspensión de la caída de la chicane al curvón del sacacorchos, además de los baches, hicieran el resto.

Además un circuito tan bacheado obligaba a montar suspensiones blandas, que pudieran provocar más topes de suspensión. O unas suspensiones demasiado duras para poder abrir gas a gusto le provocaran la rotura en los baches. O...

No sé si su jefe de mecánicos (Houseworth?) estará tan disponible por twitter como Forcada, por preguntarle 

No he visto las imágenes que mencionas.

Aunque en las bieletas sería más fácil detectar un fallo por parte del mecánico que lo monta.

Pero las tensiones que soporta la moto en el sacacorchos son bestiales, comparados con las que soporta en cualquier curva del resto del circuito de mundial.

Me alegra haberte rejuvenecido un poco 

Sabía que habías estudiado ingeniería, la terminaste?

Sigues en Bolivia o ya estas por Valencia?

Salu2 

[carakol]

Mak de esto que comentas " Además se debe tener en cuenta que los esfuerzos a los que se somete el basculante en la curva del sacacorchos es mucho mayor que los que se dan en otra curva." no estoy muy de acuerdo, ¿en que te basas?