Análisis de Fallas en componentes sometidos cargas dinámicas.

Transcripción

1 Instituto Tecnológico de Celaya Análisis de Fallas en componentes sometidos cargas dinámicas. Presentan: Ing. Luis Rojas Godínez (Estudiante Maestría ITC) Dr. Horacio Orozco (Asesor de Maestría ITC) Ing. Edgardo Matus Benítez (Experto Ruido & Vibración MABE TyP) M. en C. Luis Ballesteros Martínez (Líder Física Aplicada MABE TyP) Mabe Tecnología y Proyectos

2 Análisis de Fallas

3 ANALISIS DE FALLA Caso: 1 Caso: 2 Fractura mecánica componente de ignición. FEA Ruido excesivo calentador eléctrico Técnicas/Herramientas: Microscopia Electrónica Micro estructura Análisis de Esfuerzos Análisis de Vibración Análisis Modal Pruebas de Impacto causa raíz: Carga de impacto Técnicas/Herramientas: Análisis de Ruido Análisis de Vibración Análisis Modal causa raíz: Resonancia por cargas dinámicas El Análisis por Elemento Finito (FEA) es una herramienta importante dentro de los Análisis de Falla.

4 METODOLOGÍA DE ANALISIS DE FALLA* 1. Historia del diseño 2. Definición modo de falla 3. Identificación de causas potenciales 4. Métodos de análisis para Identificación de Causa Raíz: Pruebas destructivas Pruebas no destructivas 6. Acciones para evitar la Falla: Correctivas Preventivas y/o de mejora al diseño 5. Reproducción de la falla * Metodología del análisis de fallas (Ballesteros,2000)

5 FALLA MECÁNICA Caso: 1 Caso: 2 Fractura Mecánica Materiales Cerámicos Dúctil Frágil Ruido vibro-acústico Frecuencias de Excitación Modos de vibración Resonancia CARGAS DINÁMICAS

6 CARGAS DINÁMICAS F(t) Carga de Impacto Carga Dinámica Carga Estática τ n 2 3τ n t Juvinall, R., C., Fundamentos de Diseño para Ingeniería Mecánica, Ed. Limusa, 1991, pp

7 Caso: 1 II. DEFINICIÓN DEL MODO DE FALLA I. HISTORIA DEL DISEÑO 1960 y 1970, los cerámicos basados del silicio fueron desarrollados. Ambiente de combustión tiene una condición más severa de corrosión. SiC cerámicos más prometedores para donde las altas temperaturas existen. III. IDENTIFICACIÓN DE CAUSAS POTENCIALES Material Nuevo Análisis EDS de muestra con falla Material de falla Presencia de oxido de silicio

8 III. IDENTIFICACIÓN DE CAUSAS POTENCIALES Presencia de oxido de silicio Debido a una alta temperatura Arco eléctrico IV. REPRODUCCION DE LA FALLA Fallas Presentadas Campo Falla Reproducida Lab IV. ACCIONES CORRECTIVAS

9 Métodos tradicionales (de microscopía electrónica y experimentales) en ocasiones son insuficientes para determinar la causa de falla, A través del Análisis FEA fueron obtenidos los Modos de Vibración y Frecuencias Naturales del Igniter, Al ser las Frecuencias Naturales del Igniter de alta frecuencia (respecto a las frecuencias de excitación); es que hace suponer que la causa de falla es un impacto, La Falla pudo ser reproducida por un Impacto y la simulación de sus condiciones de operación a través de una cámara térmica con condiciones de humedad.

10 Caso: 2 II. DEFINICIÓN DEL MODO DE FALLA I. HISTORIA DEL DISEÑO Fuentes de vibración: 30, y sus armónicos Cumple con requerimientos de seguridad y desempeño Ruido vibro-acústico debido a resonancia. Los coils son excitados por soporte metálico produciendo ruido. Debido al cambio de rigidez por temperatura en los coils solo se presenta en frio (Calentador des-energizado) III. IDENTIFICACIÓN DE CAUSAS POTENCIALES Condición de resonancia

11 III. IDENTIFICACIÓN DE CAUSAS POTENCIALES 31 Hz 67 Hz 60 Hz Modos Excitados por las diferentes Fuentes 52 Hz 113 Hz 119 Hz Validación Experimental del Modelo 34 Hz 32 Hz Propuestas de Solución

12 IV. REPRODUCCION DE LA FALLA Diseño actual Propuesta 1 Propuesta veces 6 veces IV. ACCIONES CORRECTIVAS embutidos 1.7 veces Menos 15 db a 30 Hz Frecuencia de interés Soporte Modificado

13 Para este caso, los métodos experimentales si fueron suficientes para determinar la causa de la Falla, Sin embargo; a través del Análisis FEA es como se pueden determinar que cambios geométricos son necesarios en un componente para modificar sus modos de vibración y sus respectivas frecuencias naturales, A través de los Análisis FEA se pueden simular un sin número de alternativas de solución, sin la necesidad de fabricación de prototipos, La Falla pudo ser eliminada a través de la simulación y comprobada experimentalmente a través de la fabricación de un prototipo físico.

14 Para realizar Análisis de Falla es importante el uso de una Metodología, Dentro de la Metodología de Análisis de Falla son necesarias Técnicas y Herramientas de Análisis para llegar a la Causa Raíz, En algunos casos la Causa Raíz de una Falla podría no determinarse a través de las Técnicas comúnmente usadas en los Análisis de Falla, Los Análisis FEA ayudan y/o aceleran la determinación de una Causa Raíz; asimismo ayudan de manera más gráfica a identificar las acciones de mejora que requiere un componente para evitar la falla.