Numerical and experimental study of aluminium wheels subjected to biaxial fatigue test

El objetivo de este proyecto es alcanzar un análisis satisfactorio de la vida a fatiga de las llantas en aluminio para vehículos mediante la simulación de dicho proceso en un programa de cálculo por elementos finitos. Tal fin evitaría las tan duraderas y costosas campañas experimentales a las que se someten las ruedas para alcanzar el mismo resultado.
Debido a la compleja relación que se establece entre el neumático y la rueda, se han realizado diversos intentos para simplificar su comportamiento. En este trabajo se siguen dos aproximaciones que, analíticamente, consiguen asemejar el comportamiento del neumático, según las investigaciones llevadas a cabo por Filippo Galli [4].
La primera aproximación consigue una apreciable simplificación del proceso de análisis de fatiga. A través de un modelo de elementos finitos del neumático fijado por la zona de interacción del neumático con la rueda, se obtienen las reacciones durante el ensayo de fatiga. A continuación dichas fuerzas se aplican sobre el modelo de elementos finitos de la rueda únicamente. Este método aun si sigue siendo un poco complejo, pues requiere de una precisa definición de las características y propiedades del neumático.
Aun así, es mucho más simple que cualquier modelo de elementos finitos en el que se considere el conjunto neumático-rueda.
Por otra parte, se ha desarrollado otro modelo verdaderamente simple, en el cual ya no se tiene en cuenta el comportamiento del neumático. Se asume que las fuerzas que actúan sobre la rueda se comportan como funciones coseno e hiperbólica. Estas fuerzas se aplican sobre un determinado arco determinado en la rueda, que representa la superficie de contacto del neumático deformado con la carretera. La longitud del arco dependerá de la rigidez del neumático y de la media de las fuerzas aplicadas durante el ensayo de fatiga. En este caso se formula la rigidez del neumático mediante la fórmula experimental generalizada por H. B. Pacejka [11]. Este método es muy sencillo de implementar y muy rápido de calcular a la hora de obtener los resultados.
Los resultados de las simulaciones de vida a fatiga obtenidos sobre siete modelos distintos de ruedas en aluminio a través de ambos métodos son comparados para determinar su precisión. Además, uno de los siete modelos se ha estudiado con más profundidad, ya que se dispone también de los resultados experimentales del ensayo a fatiga.

The aim of this thesis is to achieve a successful fatigue-life analysis of aluminum alloy wheels through a virtual simulation. This is performed to avoid long-lasting and energy-consuming experimental campaigns on wheels. The biaxial fatigue test of the wheel has been simulated by means of numerical