Tesis:
Desarrollo de métodos para la acotación de la incertidumbre en medidas de tensiones residuales en materiales metálicos tratados por LSP
- Autor: PERAL JIMÉNEZ, David
- Título: Desarrollo de métodos para la acotación de la incertidumbre en medidas de tensiones residuales en materiales metálicos tratados por LSP
- Fecha: 2017
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS INDUSTRIALES
- Departamentos: FISICA APLICABLE E INGENIERIA DE MATERIALES
- Acceso electrónico: http://oa.upm.es/46336/
- Director/a 1º: OCAÑA MORENO, José Luis
- Resumen: La técnica de “Laser Shock Processing” o “Laser Peening” (LSP) es una tecnología que permite la mejora de las propiedades mecánicas de diversos materiales de interés estratégico en industrias tan variadas como la aeronáutica, la aeroespacial, la nuclear o la biomédica. El objetivo fundamental de la técnica LSP es la inducción de tensiones residuales de compresión en distintos materiales metálicos. Debido a las características del tratamiento, estas tensiones resultan estar distribuidas en zonas cercanas a la superficie de una manera no uniforme en profundidad. Resulta fundamental para la caracterización y desarrollo de la técnica LSP, por tanto, la medición de las tensiones residuales inducidas en estos materiales. Sin embargo, la medida de tensiones residuales es, independientemente del método elegido para ello, una tarea muy compleja, pues estas se distribuyen en el interior del material tratado. Existen principalmente dos técnicas de medida de tensiones residuales: las basadas en la difracción y las basadas en la relajación de tensiones. El CLUPM cuenta con la técnica del taladro incremental con rosetas de galgas extensométricas, estandarizado en la Norma ASTM E837-13. El taladro incremental es una técnica de relajación de tensiones cuyas principales ventajas son que provoca un daño muy localizado, que permite medir de forma más o menos rápida y sencilla hasta profundidades de 1-2 mm y que cuenta con un coste de equipamiento y consumibles muy inferior al de otras técnicas. Esta Tesis Doctoral se centra en la mejora de la técnica de medida de tensiones residuales no uniformes en profundidad mediante el método del taladro incremental con rosetas de galgas extensométricas. En concreto pretende desarrollar una metodología adecuada para el cálculo y la acotación de incertidumbres, la optimización de las distribuciones de puntos de cálculo de las tensiones residuales y la aplicación de la Norma ASTM E837- 13 en la estimación de la incertidumbre. También pretende desarrollar modelos y estrategias para la corrección de las desviaciones que son muy influyentes en la decodificación de las tensiones residuales. Estas desviaciones son principalmente, la excentricidad del orificio (diferencia entre la posición teórica y real del orificio) y la geometría real del mismo (desviaciones con respecto a la idealidad geométrica considerada en los modelos de Elementos Finitos). La estructuración de la Tesis responde al desarrollo temporal de la misma. La figura 1 muestra un esquema de la estructura. En el capítulo 1 se presenta una introducción a las tensiones residuales en materiales metálicos y a la técnica LSP desde un punto de vista descriptivo. El capítulo 2 revisa los métodos existentes de medida de tensiones residuales y presenta las ventajas y desventajas de cada uno de ellos. También justifica la elección del método del taladro incremental en el CLUPM. En el capítulo 3 se describe detalladamente el método del taladro incremental, incluyendo su evolución histórica, los principios y teoría y los métodos de análisis de tensiones residuales no uniformes en profundidad. Asimismo se incluye un estudio detallado del estado del conocimiento en la estimación de incertidumbres y la corrección de desviaciones. Los capítulos 4 y 5 son dos capítulos equivalentes que desarrollan los métodos, modelos y estrategias propuestos en este trabajo. Se han separado porque su contenido así lo permite y para proporcionar una mayor claridad al lector. Dentro de cada uno de estos capítulos se ha seguido, para mostrar las distintas partes que los componen, una estructura lo más parecida posible. En el capítulo 4 se presentan los métodos propios desarrollados con el fin de estimar la incertidumbre y de calcular los puntos optimizados en profundidad. Además se estudia la idoneidad de estimar la incertidumbre a partir de la Norma ASTM E837 y se presentan unos procedimientos que permiten que esta estimación sea posible. Por último, se integran en uno solo los métodos de cálculo existentes para la minimización de desviaciones experimentales, aprovechando este método integrado las ventajas individuales de cada uno de ellos. El capítulo 5 desarrolla los modelos y estrategias para la corrección de desviaciones. Se presenta el método de cálculo basado en Elementos Finitos desarrollado en el marco de la Tesis y explica cómo se puede corregir la excentricidad existente y cómo se puede tener en cuenta la geometría real del orificio. Se ha hecho gran énfasis en la posibilidad de utilización de las correcciones desarrolladas por toda organización que esté interesada, por lo que se han establecido métodos sencillos y accesibles basados en ajustes a funciones y en la tabulación de los coeficientes necesarios para estos ajustes. El capítulo 6 se ocupa de verificar experimentalmente los métodos, modelos y estrategias desarrollados en los capítulos 4 y 5. Se verifican las correcciones propuestas y se ajustan los parámetros necesarios para una estimación correcta y conservadora de la incertidumbre. Para un mejor seguimiento de las verificaciones, se hace referencia directa en los títulos de los epígrafes a las distintas partes involucradas de los capítulos 4 y 5. En el capítulo 7 se indica las principales conclusiones de la presente Tesis junto a las líneas de desarrollo futuro. Finalmente la Tesis se completa con los Anexos los cuales detallan los procedimientos y el equipamiento experimental utilizado en la medida de tensiones residuales, la aplicación de la técnica LSP y la inducción de tensiones residuales conocidas. Estos Anexos también muestran información complementaria sobre la propagación de incertidumbres y la verificación experimental, las tablas con las distribuciones optimizadas y los coeficientes para los ajustes propuestos y los códigos numéricos utilizados.