DESARROLLO DE UN MODELO COMPUTACIONAL DE IMÁGENES DE FOTOELASTICIDAD PARA EL ANÁLISIS ESFUERZOS DINÁMICOS DE ROTACIÓN EN DISCOS DE PMMA

Resumen

Los elementos rotativos gozan de un amplio uso en prácticamente todos los sistemas mecánicos que requieran piezas en movimiento. De esa forma, el diseño y operación de estos elementos requiere que se conozca acerca del campo de esfuerzos que en ellos se genera por la aplicación de cargas. Estos elementos, además de estar sometidos a las cargas debido a su contacto con otros elementos, también sufren esfuerzos mecánicos por el efecto de las fuerzas inerciales que son propias del movimiento rotacional.

Existen diversos métodos para abordar el análisis del campo de esfuerzo de un material ante la aplicación de cargas inerciales de rotación. Entre ellos están los modelos analíticos de la teoría de la elasticidad que describen en campo completo los esfuerzos que se generan en discos rotativos; sin embargo, estos modelos no consideran que la respuesta mecánica durante la formación del campo de esfuerzos en materiales como el PMMA, es un fenómeno dependiente de la tasa de deformación a la cual se aplican las cargas. Diversas investigaciones sobre la respuesta mecánica de este material establecen que su límite elástico tiene una relación directa con la tasa de deformación; sugiriendo así, para los elementos rotativos, que el arranque de movimientos rotacionales con una mayor aceleración angular generaría un mayor límite elástico de los elementos hechos de este material.

En este trabajo se aborda el análisis de este problema a través de la utilización de modelos analíticos computacionales que generan imágenes de fotoelasticidad, en las cuales los patrones de franjas de color contienen información acerca del campo de esfuerzos generados en estos discos rotativos. De esa forma, se pueden encontrar tendencias entre los patrones de franjas de color de las imágenes de fotoelasticidad con los parámetros del movimiento rotativo como la aceleración y las velocidades angulares; estableciendo así resultados que pueden ser verificados de manera experimental en posibles trabajos futuros. De esa manera, este trabajo presenta una metodología diferente a los métodos de uso común, como los análisis por elementos finitos, que también permite analizar el fenómeno de la respuesta mecánica de un material ante cargas inerciales haciendo uso de modelos analíticos y el estudio de imágenes de fotoelasticidad. Con ello se busca generar un aporte a los campos de estudio de la Mecánica de sólidos, la Dinámica estructural y la Mecánica experimental.

Finalmente, se plantea como conclusión de este trabajo que en discos rotativos de PMMA, el inicio del movimiento con aceleraciones mayores provoca la obtención de un mayor limite elástico en el material, lo cual se evidenció con un patrón de mayor número de franjas.