Análisis de uniones atornilladas mediante FEA (ductos, varillas de bombeo)

Abstract

La mayoría de los proyectos mecánicos tienen como meta el desarrollo de diversos componentes que se unen entre sí, formando un ensamblaje, dispositivo y/o mecanismo; éste debe ejercer adecuadamente la función para la cual fue proyectado. La unión entre estos componentes puede ser realizada por encastre, pegado, soldadura, remaches, tornillos, etc. La unión atornillada es una opción muy habitual, debido a la versatilidad y control en el montaje y facilidad para el desmontaje/mantenimiento de los componentes. Sin embargo, analizar por elementos finitos (FEA) un proyecto con todo el detalle de una conexión atornillada incluyendo la rosca puede resultar bastante costoso, por lo que se pueden adoptar diferentes estrategias para mantener el foco del análisis en el proyecto en vez de en la unión atornillada. Este trabajo tiene como objetivo describir dichas estrategias. Además, un segundo objetivo es investigar las tensiones en los filetes de las roscas de uniones atornilladas, para lo cual se repasarán las principales formas de trabajar en el ANSYS Mechanical, para ello hará uso de ejemplos de ductos de transporte de hidrocarburos líquidos y de varillas de bombeo de petróleo. Al final, se expondrán los argumentos que sostienen el uso de algoritmos de aproximaciones a la rosca real (Bolt Thread Correction), en reemplazo del modelado del filete completo. Se concluye con una disertación acerca de cómo trabaja el algoritmo de aproximación.