This article details the experimental and numerical results on the energy absorption performance of square tubular profile with circular discontinuities drilled at lengthwise in the structure. A straight profile pattern was utilized to compare the absorption of energy between the ones with discontinuities under quasi-static loads. The collapse mode and energy absorption conditions were modified by circular holes. The holes were drilled symmetrically in two walls and located in three different positions along of profile length. The results showed a better performance on energy absorption for the circular discontinuities located in middle height. With respect to a profile without holes, a maximum increase of 7% in energy absorption capacity was obtained experimentally. Also, the numerical simulation confirmed that the implementation of circular discontinuities can reduce the peak load (Pmax) by 10%. A present analysis has been conducted to compare numerical results obtained by means of the finite element method with the experimental data captured by using the testing machine. Finally the discrete model of the tube with and without geometrical discontinuities presents very good agreements with the experimental results.

En el artículo se analizan, por medio del método del elemento finito (FE), las concentraciones de esfuerzo en los límites de zonas de contacto nominales que incluyen deslizamiento con fricción. Los elementos mecánicos para el análisis numérico se consideran como una flecha acoplada a un cubo de rueda por medio de aros cónicos deformables. El proceso de refinamiento de malla usado en el modelo discreto garantiza la confiabilidad de los resultados de FE, los cuales muestran un pico de esfuerzo considerablemente mayor al obtenido de la solución analítica, que usualmente se recomienda en guías de diseño de uniones con fricción. Esos picos de esfuerzo resultan en fallas por fatiga de bajos ciclos (LCF) durante el servicio de la unión flecha cubo, porque pueden rebasar el punto de cedencia del material en áreas particulares de la flecha. Además en el estudio se considera el efecto de claros y magnitudes de fricción, entre los componentes mecánicos, y su influencia en la variación del esfuerzo máximo de contacto. Los resultados y conclusiones obtenidos del artículo son aplicables a los procesos de diseño y manufactura de uniones cónicas con fricción, con relación a sus características y tolerancias de ensamble.

Stress concentrations at the ends of a flat contact including frictional sliding are analyzed in this article by using the finite element (FE) method. The numerical studies are conducted with a shaft coupled to the hub by conical rings. The applied mesh refinement at the contact ends assures the reliability of the FE results, which show significantly higher stress peaks than those obtained from the conventional analytical solution recommended in the design guidelines of the frictional conical joints. These notch stresses result in low cycle fatigue (LCF) failures of the shaft-hub connection in service, since the yield point of the shaft material can be locally exceeded. The effect of clearances among the joint components and magnitudes of the friction coefficient on variations of the maximum stress in the contact are considered as well. The paper's findings and conclusions are applicable to the design and manufacturing process of the frictional conical joints with regard to assembly tolerances.

A discrete description of contact surfaces on elastic conical rings, which couple together the shaft and hub by frictional forces, is presented. The main objective is to predict regions of potential contact in the mechanical joint, by measurements of the diameter variation along the axial direction. The surface topography is represented by the experimental data. The surface profile is then defined analytically by Bézier curves, instead of the discrete description of the experimental database. These parameters can be considered to assess the workmanship quality of the conical parts and the quality rating of the conical fit, that effect significantly the reliable coupling of the conical joint in service. Also, the proposed description of discrete surfaces can be used in finite element representation for real contours of the parts.

El artículo presenta la descripción discreta de superficies de contacto de elementos mecánicos cónicos elásticos, los cuales se usan para uniones eje cubo de rueda mediante deformación y fricción. El objetivo es predecir las regiones de contacto potencial de la unión, midiendo diámetros y su variación en dirección axial. Con estas mediciones se representa el perfil de la topografía de la superficie en forma analítica por curvas Bézier, en lugar de los datos discretos medidos. Estos parámetros pueden considerarse para la valoración de la calidad de la manufactura de las partes cónicas y del ajuste del ensamble, lo cual es importante en el funcionamiento de la unión. También, la descripción discreta propuesta tiene potencial aplicación en la representación de modelos mediante elementos finitos para los contornos de elementos en contacto.