¿Cómo aplicar del Factor de Seguridad sobre el diseño Mecánico + (SolidWorks)?

El factor de seguridad o coeficiente de seguridad como también se le conoce, es un número mayor que la unidad pero con un solo decimal. Este número que puede parecer tan simple, cubre la necesidad de cierta incertidumbre en los diseños y nos indica la capacidad en exceso que tiene el elemento diseñado sobre sus requerimientos. Aplicar este factor de seguridad en los diseños absorbe; posibles errores en el modelo matemático, características de los materiales utilizados o la teoría de fallas que se utilizó.

Las piezas mecánicas se conceptualizan en teoría para que su funcionamiento esté dentro de la zona elástica del material, lo que garantiza que al cese de la carga sobre la pieza esta regresará a su estado inicial. Para validar esto los diseñadores aplican una formula muy sencilla, el esfuerzo de cedencia dado por la curva del material entre el esfuerzo calculado y dado por las condiciones a las que esta sometido nuestro diseño, el resultado obtenido seria entonces el factor de seguridad. (Ver aplicación en SolidWorks más abajo)

Servicios de Diseño Mecánico Industrial

FS = Esfuerzo de cedencia / Esfuerzo calculado

¿De qué depende el Factor de Seguridad a aplicar?

  • Aplicación de las normativas vigentes.
  • Nivel de confianza del diseñador.
  • Forma de fallar el material (dúctil o frágil).

En algunos casos los diseños no se rigen por ningún tipo de normativa en concreto y es el ingeniero teniendo en cuenta su experiencia, y bajo su responsabilidad quien asume cual es el coeficiente de seguridad que se debe aplicar.

CSdúctil = MAX (A,B,C)

CSfrágil = 2 * MAX (A,B,C)

SELECCIÓN ORIENTATIVA DE FACTORES DE SEGURIDAD, PARA MATERIALES DÚCTILES

Información disponibleFiabilidad de los datos que se disponenFactor
Ensayos de materialesEl material de diseño ha sido probado en condiciones similaresA= 1.3
Características mecánicas de probetas del material ensayado.A= 2
Datos fiables de tablas y catálogos genéricos de materialesA= 3
Datos poco fiables de los cuales no sabemos su procedencia.A= 5
Condiciones de contorno de utilización de material.Idénticas condiciones a las del material ensayadoB= 1.3
La pieza diseñada funcionará en un entorno aisladoB= 2
Entorno de utilización moderadamente agresivo.B= 3
Entorno de utilización muy agresivo.B= 5
Procedimientos de diseño y modelado analítico utilizadosHan sido probados científicamente mediante experimentosC= 1.3
Representan las condiciones de funcionamiento con precisiónC= 2
Representan las condiciones de funcionamiento aproximadamenteC= 3
Representan las condiciones de funcionamiento con poca precisión.C= 5
Valores orientativos de factor de seguridad

Reglamentos y Normativa a tener en cuenta para el Factor de Seguridad

Aplicar en factor de seguridad Utilizando SolidWorks

Utilizando el Software de modelado y análisis SolidWorks, creamos el estudio, definimos las restricciones y las cargas ejecutamos la creación de la malla y corremos el estudio. Cuando ya tengamos los resultados de; tensiones, desplazamientos y deformaciones unitarias, damos clic derecho sobre Resultados y después en Definir trazado de factor de seguridad. Es en esta ventana entonces (Factor de Seguridad) donde introducimos los parámetros de análisis; todas las piezas o una en particular, el modo de falla que deseas utilizar aunque se suele recomendar dejarlo en automático para que propio software te de el recomendado para tu caso y por último introducimos el valor máximo que tenemos previsto para el Factor de Seguridad en la Pieza o Ensamblaje, y aceptar.

Con estos pasos es suficiente para obtener el grafico del factor de seguridad y analizar con detalle tu diseño. SolidWorks utiliza la tención de Von Mises como el esfuerzo calculado para aplicar la formula que ya les había comentado anteriormente y obtener el factor de seguridad.

A continuación te muestro un ejemplo de como quedaría expresado el coeficiente de seguridad sobre un ensamblaje, donde se encuentra el punto más critico y de cuanto es su valor. Este valor nos ofrece mucha información desde el punto de vista del diseño y nos marca una línea de hacia donde debemos llevar nuestro diseño.

¿Por qué nos da tanta información el gráfico de factor de seguridad?

Les comento brevemente por que este gráfico no da tanta información de utilidad. Primero tener en cuenta que el mínimo valor del coeficiente de seguridad siempre tiene que ser superior a 1, si es inferior la pieza no resiste los esfuerzos a los que se lo somete, y de forma clara decimos que se rompería (Analizar la formula), por lo que no tendríamos factor de seguridad en absoluto.

Si es el caso, como en la imagen que les muestro, que la pieza tiene su valor mínimo de factor de seguridad igual a 2, no esta indicando que la pieza resistirá los esfuerzos a los que se lo somete pero además nos muestra cual es el punto más critico de toda la pieza, permitiéndonos reforzar de algún modo constructivo la pieza.

Otra información que podemos extraer del análisis del grafico del factor de seguridad sería que si el valor es muy alto la pieza puede estar sobredimensionada, lo que incurriría en costos innecesarios de materiales o elementos elementos comerciales.

Si te ha sido de utilidad esta información compártela y si necesitas ayuda o nuestros servicios puedes ponerte en contacto, te contestaremos lo antes posible.

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