analisis de fallas(apunte matriz)

8/19/2019 Analisis de Fallas(Apunte Matriz)

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ANALISIS DE FALLAS

DEFINICION

Una falla en un equipo se define como el funcionamiento de este en condicionesirregulares, dando como resultado un producto o servicio fuera de los estndares definidos,

de!ido a que uno de los componentes se encuentra funcionando fuera de los parmetros deoperaci"n#

Se manifiesta normalmente, en una condici"n de imprevisi!ilidad, pues su aparici"n no esesperada, por lo que dio origen al sistema de mantenci"n correctiva, es decir, reparar unequipo despu$s que la falla se %a&a manifestado#

La falla tiene un proceso que consiste en'

(# Inicio de la irregularidad de funcionamiento defectuoso dentro de los parmetros deoperaci"n#

)# Aumento del funcionamiento defectuoso fuera de los parmetros de operaci"n, con

efectos colaterales percepti!les o impercepti!les, en ocasiones, mal interpretadocomo *inicio de la falla+

# Colapso de funcionamiento con consecuencias colaterales con detenci"n del equipo&, en ocasiones, con accidentes la!orales#

EL O-I.EN DE LAS FALLAS

El origen de las fallas se encuentra en la causa misma del o!/etivo para el que fue dise0ado& construido el dispositivo# 1uede ser que $ste est$ sometido a cargas estticas 2galp"n3 o acargas dinmicas 2puente gr4a3# A pesar que durante el proceso de dise0o, los ingenierosconsideran todas las varia!les percepti!les que puedan incidir en en el funcionamiento delsistema dise0ado, igual, todo sistema est supeditado a ser afectado por una situaci"n nocontemplada en su operaci"n# Los or5genes de estas fallas pueden ser'

Desgaste

Dise0o

6i!raciones

Condiciones am!ientales

So!recargas

Fen"menos naturales1roceso de fa!ricaci"n

Errores log5sticos

Destino equivocado

7ratamiento t$rmico defectuoso o err"neo


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Ignorancia

8ediciones no confia!les

Corrosi"n

1resiones %umanasEtc#

En ese etc# se encu!ren una serie de or5genes que se podr5an seguir escudri0ando & que,dado el caso, de!ern !uscarse# Con todo, lo normal es que la falla se produ9ca porso!recarga, de!ido a la disminuci"n de la secci"n soportante, motivo por el cuala!ordaremos el tema de los esfuer9os#

ESFUE-:O

-ecordando la definici"n de esfuer9o, nos encontramos que es el resultado de la divisi"n

entre una fuer9a & el rea en la que se aplica & se denotan como ; 2sigma3A

Se distinguen dos direcciones para las fuer9as, las que son normales al rea en la que seaplican 2; ; ; 3 ?& las que son paralelas al rea en que se aplican se denota como 2? 3 2tau3#Si la fuer9a aplicada no es normal ni paralela a la superficie, siempre puede descomponerseen la suma vectorial de otras dos que siempre resultan ser una normal & la otra paralela#

Los esfuer9os con direcci"n normal a la secci"n, se denotan como ; 2sigma3 & representaun esfuer9o de tracci"n cuando apunta %acia afuera de la secci"n, tratando de estirar al

elemento anali9ado# En cam!io, representa un esfuer9o de compresi"n cuando apunta %aciala secci"n, tratando de aplastar al elemento anali9ado#

El esfuer9o con direcci"n paralela al rea en la que se aplica ? representa un esfuer9o decorte# Este esfuer9o, trata de cortar el elemento anali9ado, tal como una ti/era cuando corta papel, uno de sus filos mueven el papel %acia un lado mientras el otro filo lo mueve endirecci"n contraria resultando en el desgarro del papel a lo largo de una l5nea#

Las unidades de los esfuer9os son las mismas que para la presi"n, fuer9a dividida por rea,se utili9an con frecuencia ' MPa, psi, Kpsi, Kg/mm2, Kg/cm2#

Se anali9ar la situaci"n de un tro9o peque0o de material u!icado dentro de una viga u otroelemento estructural# Este peque0o tro9o tendr forma de cu!o con aristas infinitesimalesde valor ' d


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Al interior de un elemento !a/o carga, cada punto del cuerpo tiene valores particulares paraestas ( varia!les 2cada cara del cu!o d< d& d9 tiene tres esfuer9os, uno normal & dos decorte3, al anali9ar un punto vecino el valor de las varia!les cam!ia# Si se anali9an lassuperficies e


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Dado que el esfuer9o, &a sea ;


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# Los procesos de aca!ado#

# Uso#

Selección del material:

El material elegido de!e responder a la e


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El factor de seguridad de!e ser ma&or que ( para evitar fallas#

La incorporaci"n de factores de seguridad en el dise0o no es asunto sencillo, porquetanto la resistencia como la falla tienen muc%os significados distintos# La resistencia se puede medir con la capacidad portante, o de carga, de una estructura o !ien se puede medir por el esfuer9o en el material# Falla puede equivaler a la fractura & el completo colapso dela estructura o puede significar que las deformaciones se %an vuelto tan grandes que laestructura &a no puede reali9ar sus funciones# Esta 4ltima clase de falla, puede presentarsecon cargas muc%os menores que las que causan el colapso real# La determinaci"n de unfactor de seguridad tam!i$n de!e tener en cuenta asuntos tales como los siguientes' pro!a!ilidad de so!recarga accidental de la estructura, de!ido a cargas que e


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tratamientos t$rmicos de normali9ado & recocido# La anisotrop5a est presente en todosaquellos procesos de laminaci"n, estirado, trefilado &, en general, por la deformaci"n enfr5o, en donde se produce una orientaci"n de la fi!ra, es decir, granos e impure9as alargadasen el sentido del flu/o del material, el cual se puede deformar en fr5o 2aceros para resortes3o en caliente 21lanc%as, !arras, pletinas3#

El dise0ador de!e tener presente estas consideraciones para indicar claramente cul es lacondici"n en la que se de!e encontrar el material al ser preparado para fa!ricar elcomponente dise0ado# Si es isotr"pico, entonces, cualquier solicitaci"n en cualquier sentido& direcci"n al material ser indiferente, sin em!argo, si $ste es laminado, estirado, e


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Los tratamientos t$rmicos %an adquirido gran importancia en la industria general, &aque de!ido a las constantes innovaciones los metales van ganando ms propiedades confacilidad# Los principales son'

• Temple' Su finalidad es aumentar la dure9a & la resistencia del acero# 1ara ellos, se

calienta el acero a una temperatura ligeramente ms elevada que la cr5tica superior Ac2entre KJK3 & se enfr5a luego ms o menos rpidamente2seg4n caracter5sticasde la pie9a3 un medio como agua, aceite etc#

• !e"enido' S"lo se aplica a aceros previamente templados, para disminuir

ligeramente los efectos del temple, conservando parte de la dure9a & aumentar latenacidad# El revenido consigue disminuir la dure9a & resistencia de los acerostemplados, se eliminan las tensiones creadas en el temple & se me/ora la tenacidad,de/ando al acero con la dure9a o resistencia deseada# Se distingue !sicamente deltemple en cuanto a temperatura m


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• &ianuración'&)#(: usca el endurecimiento superficial de peque0as pie9as de

acero# Se logra utili9ando !a0os de cianuro, car!onato & cianato s"dico atemperaturas de PJKMC#

• &arbonitruración'&)#(: Es igual que la cianuraci"n, pero con %idrocar!uros

como metano# Se requiere a una temperatura de JMC# Es necesario %acer un temple & un revenido posterior#

• Sul*ini$ación'S)#)&(: Se le agrega a9ufre en la superficie & aumenta la

resistencia al desgaste, se le aplica MC en !a0o de sales#

El tratamiento t$rmico seleccionado de!e responder a las necesidades de lassolicitaciones a las que estar sometida la pie9a# -eali9ar un temple a una pie9a que estarsometida a desgaste e


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• -ugosidad ' Es un proceso que, en general, %a!r que reali9ar para corregir loserrores de forma & las ondulaciones que pudiesen presentar las distintas superficiesdurante su proceso de fa!ricaci"n 2fundici"n, for/a, laminaci"n, etc#3#

• 7olerancias dimensionales de alta precisi"n#

En la figura H se presenta la falla de por una mala selecci"n de aca!ado superficial,donde se presentan rugosidad & ondulaciones en la superficie de la pie9a'

Figura H# Ondulaciones o!servada en una terminaci"n superficial#

FALLAS 1O- DES.AS7E

El anlisis del desgaste es comple/o, interviniendo factores como dure9a, tenacidad,estructura, composici"n qu5mica, modo & tipo de carga, velocidad, rugosidad de lasuperficie, distancia recorrida, corrosi"n presente, etc# 7odo evento que inclu&a fricci"ntiene dos efectos negativos' el calor & el desgaste#

http://es.wikipedia.org/wiki/Rugosidadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Fundici%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Fundici%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Forjahttp://es.wikipedia.org/wiki/Laminaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Laminaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Tolerancia_de_fabricaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Rugosidadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Fundici%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Forjahttp://es.wikipedia.org/wiki/Laminaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Tolerancia_de_fabricaci%C3%B3n


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Normalmente, el desgaste no ocasiona fallas violentas, pero trae como consecuencias'reducci"n de la eficiencia de operaci"n, p$rdidas de potencia por fricci"n, incremento delconsumo de lu!ricantes, eventualmente conduce al reempla9o de componentes desgastados& a la o!solescencia de las mquinas en su con/unto# El desgaste /unto con la fricci"n & lalu!ricaci"n constitu&en los o!/etos de estudio de la tri!olog5a# 8art5ne9 2(KK3 afirma que

la tri!olog5a es una ciencia multidisciplinaria que inclu&e a la %idrodinmica, la mecnicadel cuerpo s"lido, la ciencia de materiales, qu5mica, f5sica, matemticas & computaci"n# Elsistema tri!ol"gico consta de un par de fricci"n, un tercer cuerpo 2lu!ricante3 & el medioam!iente#

7ipos de desgaste mecnico

(#J Desgaste a!rasivo )#JDesgaste ad%esivo #JDesgaste por impacto H#JDesgaste porcorrosi"n #JDesgaste por erosi"n #JDesgaste por cavitaci"n P#J Desgaste qu5mico

DES.AS7E A-ASI6O El desgaste por a!rasi"n, que es el ms com4n en la industria, se

define como la acci"n de corte de un material duro & agudo a trav$s de la superficie de unmaterial ms suave# 7iende a formar ralladuras profundas cuando las part5culas duras penetran en la superficie, ocasionando deformaci"n plstica &>o arrancando virutas#

DES.AS7E ADQESI6O# El desgaste ad%esivo, tam!i$n llamado desgaste por fricci"n "desli9ante, es una forma de deterioro que se presenta entre dos superficies en contactodesli9ante# Este desgaste es el segundo ms com4n en la industria & ocurre cuando dossuperficies s"lidas se desli9an una so!re la otra !a/o presi"n# El aspecto de la superficiedesgastada ser de ralladuras irregulares & superficiales#

DES.AS7E CO--OSI6O El desgaste corrosivo ocurre en una com!inaci"n de desgaste2a!rasiva o ad%esiva3 & de un am!iente corrosivo# El 5ndice de la p$rdida material puede ser mu& alto de!ido a que los productos sueltos o flo/os de la corrosi"n se desprendenfcilmente por el desgaste & se revela continuamente el metal fresco & que alternadamente puede volverse a corroer rpidamente# Los equipos industriales como tanques, ductos,codos, !om!as, tolvas, centr5fugas, colectores de polvo, ca/as de ventiladores, tornillose


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resistencia a la corrosi"n superior incluso en condiciones estancadas o sin movimiento defluidos#

DES.AS7E 1O- CA6I7ACION# La cavitaci"n o aspiraci"n en vac5o es un efecto%idrodinmico que se produce cuando el agua o cualquier otro fluido en estado l5quido pasa

a gran velocidad por una arista afilada, produciendo una descompresi"n del fluido de!ido ala conservaci"n# 1uede ocurrir que se alcance la presi"n de vapor del l5quido de tal formaque las mol$culas que lo componen cam!ian inmediatamente a estado de vapor,formndose !ur!u/as o, ms correctamente, cavidades# Las !ur!u/as formadas via/an a9onas de ma&or presi"n e implotan 2el vapor regresa al estado l5quido de manera s4!ita,Raplastndose !ruscamente las !ur!u/as3 produciendo una estela de gas & un arranque demetal de la superficie en la que origina este fen"meno#

La implosi"n causa ondas de presi"n que via/an en el l5quido# Estas pueden disiparse en lacorriente del l5quido o pueden c%ocar con una superficie# Si la 9ona donde c%ocan las ondasde presi"n es la misma, el material tiende a de!ilitarse metal4rgicamente & se inicia una

erosi"n que, adems de da0ar la superficie, provoca que $sta se convierta en una 9ona dema&or p$rdida de presi"n & por ende de ma&or foco de formaci"n de !ur!u/as de vapor# Silas !ur!u/as de vapor se encuentran cerca o en contacto con una pared s"lida cuandoimplosionan, las fuer9as e/ercidas por el l5quido al aplastar la cavidad de/ada por el vapordan lugar a presiones locali9adas mu& altas, ocasionando picaduras so!re la superficies"lida#

El fen"meno generalmente va acompa0ado de ruido & vi!raciones, dando la impresi"n deque se tratara de grava que golpea en las diferentes partes de la mquina# Se puede presentar tam!i$n cavitaci"n en otros procesos como, por e/emplo, en %$lices de !arcos &aviones, !om!as# Qa& dos tipos de cavitaci"n' Cavitaci"n de succi"n Cavitaci"n dedescarga

DES.AS7E 1O- I81AC7O' son las deformaciones producidas por golpes & que producen una erosi"n en el material# Este tipo de desgaste se puede presentar en muc%as partes como en las llantas de los carros, amortiguadores, ca/as de dompes, !andastransportadoras, etc#

FALLAS 1O- E--O-ES DE DISEGO#

Un E--O- en dise0o es una decisi"n mal tomada respecto de la forma, selecci"n dematerial, selecci"n de constantes, clculo mal %ec%o &>o mal enfocado, no considerar alg4naspecto relevante, consideraciones su!estimadas o so!reestimadas, previsiones ignoradas,etc#

El tema se puede circunscri!ir al anlisis de esfuer9os & la selecci"n de los datos de clculo#Como se di/o anteriormente, el esfuer9o es la fuer9a e/ercida en ena superficiedeterminada'

σ =F>A


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La normas nos entregan 2 σ r3 los esfuer9os de fluencia 2σf3 o los esfuer9os de ruptura,

lo que indica el esfuer9o m


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parques donde e/ercitan los deportistas, los aparatos de un parque infantil, los e/es dediversas mquinas industriales' moledoras, trituradoras, elevadoras, los aviones, losautom"viles, los sistemas de i9ado de carga en los puertos, entre otros#

A lo largo del presente tra!a/o, se e


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( rai%t]aite1rimero en utili9ar el t$rmino fatiga en una pu!licaci"n en ingl$s# Anali9a la teor5a de lacristali9aci"n

(H Fair!airnInforma so!re los primeros e [edge]ood Separan la deformaci"n plstica c5clica de ladeformaci"n plstica total

(K)( .riffit%Aplica criterios para la fractura & asocia a la fatigacon el crecimiento de las grietas

http://www.monografias.com/trabajos16/manual-ingles/manual-ingles.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/cuasi/cuasi.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/norma/norma.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/norma/norma.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/nociones-basicas/nociones-basicas.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/restat/restat.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/restat/restat.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos4/leyes/leyes.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/romandos/romandos.shtml#PRUEBAShttp://www.monografias.com/trabajos16/manual-ingles/manual-ingles.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/cuasi/cuasi.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/norma/norma.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/nociones-basicas/nociones-basicas.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/restat/restat.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos4/leyes/leyes.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/romandos/romandos.shtml#PRUEBAS


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(K)P 8oore > ̂ ommersCuantifican datos de fatiga de alto cicla/e paramuc%os materiales en Z7%e Fatigue of 8etalsZ

(K .oodman > Soder!erg Determinan, por separado, la influencia de losesfuer9os medios so!re la fatiga

(KP Neu!er 1u!lica la ecuaci"n de Neu!er para laconcentraci"n de deformaciones en muescas2traducida al ingl$s en (KH3

(K 1eterson

1u!lica ZStress concentration design factorsZ con

un procedimiento para tomar en cuenta lasmuescas

(K Coffin > 8anson1u!lican de manera independiente la le& de fatigade !a/o cicla/e !asada en la deformaci"n 2ecuaci"nde Coffin > 8anson3

(K( 1aris1u!lica la le& de 1aris de la mecnica de lafractura, para el crecimiento de las grietas por fatiga

(K)

(K

(K

(KP

(KK

Smit% > Laird

8c Clinton

[eetman

Laird > -ice

Ne]man & 1ellou<

8ediante la aplicaci"n de los conceptos de lamecnica de la fractura, se desarrollaron modelosconceptuales & cuantitativos para racionali9ar e ucci > .%aVi Argumentan el contacto prematuro entresuperficies de falla 2!asado en los efectos de grieta plstica3 representado por un mecanismo asociado

http://www.monografias.com/trabajos11/basda/basda.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/basda/basda.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/medios-comunicacion/medios-comunicacion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/medios-comunicacion/medios-comunicacion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/medios-comunicacion/medios-comunicacion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/estres/estres.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/mapro/mapro.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/moviunid/moviunid.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/basda/basda.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/medios-comunicacion/medios-comunicacion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/estres/estres.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/mapro/mapro.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/moviunid/moviunid.shtml


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con el fen"meno de fatiga de grieta cerrada

(K

(K

(KK

Qert9!erg > 8anson

Ne]man

Sures% >

NaVamura >

_es%urum >

_ang > Duff&

Investigan & recogen los efectos que producen losmateriales no metlicos & compuestos de loscuales se ofrece el potencial de me/oramientomecnico, t$rmico & am!iental !a/o cargas c5clicasa fatiga

(KK( -osaVis > :e%nder

Distri!uci"n de temperatura alrededor de grietas, propagndose dinmicamente en un acero HHutili9ando la medici"n e ̂ rus%ner Anlisis computacional de la propagaci"ndinmica de grietas a lo largo de interfaces !imateriales

(KK Needlman > 7vergaardAnlisis de una transici"n d4ctilJfrgil !a/o ladinmica de carga cortante en materiales s"lidos& > o estructuras

(KKPLameros > S%uVla >-osaVis

Investigaci"n de la mecnica de propagaci"ninters"nica a lo largo de una interfase !imaterialusando gradiente co%erente & fotoelasticidad

(KKK [illis > 8ovc%an1ertur!aci"n dinmica tridimensional de propagaci"n de grieta

) -osaVis > -avic%andran 7"picos para investigaci"n en la dinmica de

http://www.monografias.com/trabajos/termodinamica/termodinamica.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/termodinamica/termodinamica.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/hidra/hidra.shtml#fahttp://www.monografias.com/trabajos15/la-estadistica/la-estadistica.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos34/cinematica-dinamica/cinematica-dinamica.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos34/cinematica-dinamica/cinematica-dinamica.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/termodinamica/termodinamica.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/hidra/hidra.shtml#fahttp://www.monografias.com/trabajos15/la-estadistica/la-estadistica.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos34/cinematica-dinamica/cinematica-dinamica.shtml


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fallas mecnicas 2introducci"n & aplicaciones3

)) Alves > ̀ones

Falla por impacto de vigas usando la mecnica de

da0os acumulados !a/o cargas estticas &dinmicas de modelo continuo

) D]ivedi > Espinosa8odelaci"n dinmica de la propagaci"n de grietaen fi!ra refor9ada de material compuestoinclu&endo los efectos friccionales

)H Lin : > Lincang

8odelo simplificado para la predicci"n de la

dinmica de da0os & fractura de materialesd4ctiles

) -usineV > :aeraAnlisis de inercia & efectos escalares en laformaci"n dinmica durante la tensi"n en unalmina de acero

) -o& Yu > [angAnlisis dinmico de la fractura mecnica delmodo de transici"n de falla a lo largo de interfacesen s"lidos elsticos

La falla por fatiga

La falla por fatiga requiere, !sicamente, que se con/uguen dos factores a sa!er' laaplicaci"n de cargas repetidas o c5clicas, esto quiere decir que su valor cam!ia en el tiempo#La e


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por fatiga# No sucede lo mismo en centrales de vapor & otros sistemas en los cuales loscam!ios de temperatura son !ruscos & de alta repeti!ilidad# En estos casos, se emplean unosdispositivos llamados /untas de dilataci"n 2en algunos pisos de viviendas e


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Esta clasificaci"n est representada en la figura (

El segundo factor que de!e estar presente para que se produ9ca la falla por fatiga es laconcentraci"n de tensiones# Los re!a/es en un e/e %ec%os para incorporar elementos comoengranes, poleas, ruedas dentadas para cadenas, los alo/amientos para las c%avetas, cu0as,etc$tera, son elementos en los que las tensiones o esfuer9os se concentran de!ido a lareducci"n del rea resistente, as5 como tam!i$n reducciones en la geometr5a local de otrostipos de pie9as# Estos concentradores de tensi"n favorecen la formaci"n de grietas en laestructura del material de la pie9a su/eta a las condiciones de fatiga#

El proceso de falla por fatiga, seg4n reportan angoura WPX & Lee WHX as5 como tam!i$notros autores no referidos en la presente monograf5a, se da en las siguientes etapas'

-tapa de nucleación o *ormación de la grieta

http://www.monografias.com/trabajos10/ejes/ejes.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/ejes/ejes.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos28/geometria/geometria.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/todorov/todorov.shtml#INTROhttp://www.monografias.com/trabajos37/redaccion-de-monografia/redaccion-de-monografia.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/ejes/ejes.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos28/geometria/geometria.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/todorov/todorov.shtml#INTROhttp://www.monografias.com/trabajos37/redaccion-de-monografia/redaccion-de-monografia.shtml


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De!ido a la alterna!ilidad de las tensiones, cu&o valor es mu& peque0o en comparaci"n conel del l5mite elstico del material, en los re!a/es o reducciones de la geometr5a de la pie9a se produce fluencia plstica local# Se van creando !andas de desli9amiento en los !ordescristali9ados de la secci"n a medida que se van alternando los esfuer9osB esto va generandola aparici"n de ms & ms grietas microsc"picas# Los desperfectos propios de la

solidificaci"n, los llamados macrodefectos, act4an como elevadores de esfuer9o para elinicio de la grieta# Una grieta se forma ms rpido en un material frgil que en uno d4ctilde!ido a que en el primero no se produce fluencia plstica#

-tapa de propagación de la grieta

Una ve9 formada la grieta, $sta comien9a a propagarse seg4n se e


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N"tese las marcas de las !andas de desli9amiento 2a3 generadas por la acci"n de las cargasc5clicasB estas marcas suelen reci!ir el nom!re de Zmarcas de pla&aZ# Es necesario acotar que, durante el proceso de crecimiento de la grieta, la componente de las tensiones alternasque causa el crecimiento de la misma es la componente a tracci"nB la componente acompresi"n lo que %ace es cerrar a la grieta & por lo tanto, no estimula su crecimiento#

Formas en las %ue se produce la *alla por *atiga en los componentes mec.nicos

Dependiendo de la forma como act4en las tensiones alternantes so!re un determinadocomponente mecnico, la falla por fatiga puede darse en las siguientes formas WKX'

• Esfuer9os pulsantes tensi"nJ tensi"n o !ien esfuer9os tensi"nJ compresi"n

• Fle


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Figura


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En esta figura estn representados los planos de fractura por fatiga para condiciones de alto

& !a/o cicla/e# N"tese como la geometr5a de la pie9a influ&e nota!lemente en la rotura por fatigaB esto se de!e al efecto concentrador de tensiones# 7am!i$n se o!serva c"mo lasmarcas de pla&a aparecen en menor n4mero para un alto nivel de amplitud de tensionesmientras que se da el caso contrario cuando dic%o nivel es !a/o, esto conduce a unaconclusi"n importante de la cual se tratar ms adelante en el presente tra!a/o#

Modelos analíticos para el estudio de la *atiga

Se %an propuesto varios modelos para el estudio del comportamiento a fatiga de las pie9asmecnicas que tra!a/an !a/o esta condici"n como puede verse en WHX# En este tra!a/o, se presentan los siguientes'

• 8odelo vida J esfuer9o W(X, W)X, W(X

• 8odelo vidaJ deformaci"n W((X

• 8odelo de Castillo W()X

• 8odelo de -ipoll W(X

7am!i$n en W(HX, se e


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El e


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La curva de tra9o ro/o, muestra el comportamiento t5pico a fatiga de un material no ferroso,como por e/emplo el aluminio o el lat"n#

Modelo "idade*ormación

En este caso, se tiene el comportamiento asint"tico del esp$cimen a fatiga# Anal5ticamente,

se presenta a trav$s de la ecuaci"n de 8asonJ CoffinJ 8orro]# Esta ecuaci"n se presentacomo e


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El mismo es vlido para cualquier estado de cargas

La grfica de este modelo se o!serva en la figura P

Modelo de &astillo

http://www.monografias.com/trabajos12/elorigest/elorigest.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/elorigest/elorigest.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/elorigest/elorigest.shtml


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El modelo de Castillo, trata con la simulaci"n del ensa&o de fatiga mediante m$todosinformticos# Su prop"sito es predecir, de modo pro!a!il5stico, el comportamiento a fatigade diversos materiales# Esto inclu&e a aquellos materiales que no poseen l5mite de fatigadefinido#

La ecuaci"n es la siguiente

Los tres 4ltimos parmetros A, D & E estn relacionados con los parmetros de ladistri!uci"n de [ei!ull normali9ada# Entonces, puede verse que el modelo de Castillo loque da es una pro!a!ilidad del comportamiento a fatiga de los materiales en estudio#

La grfica de este modelo se muestra en la figura

http://www.monografias.com/trabajos6/sipro/sipro.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos6/sipro/sipro.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/metods/metods.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/travent/travent.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/tebas/tebas.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos6/sipro/sipro.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/metods/metods.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/travent/travent.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/tebas/tebas.shtml


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Modelo de !ipoll

En este, la autora propone lo siguiente' Zun modelo pro!a!il5stico que sirva como !ase para el anlisis a fatiga de materiales metlicos sometidos a cualquier espectro de carga encualquier rango de la misma 2tensi"n, compresi"n o mi


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La representaci"n grfica se muestra en las figuras K 2a3 & 2!3


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Los ensayos de fatiga

E


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En la figura ( c puede o!servarse que la fle


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n4mero de ciclos & el esfuer9o al cual la pro!eta rompi" para construir el diagrama SJNdescrito anteriormente#

En el caso de un acero, la pro!eta tarda %asta medio d5a en alcan9ar el mill"n de ciclos W(X,lo cual indica que estos ensa&os toman tiempo#

Dado que se requiere conocer los valores de l5mite de fatiga a !a/o & alto cicla/e, se de!enensa&ar varias pro!etas# En WX se puede %allar informaci"n so!re estos ensa&os en lorelativo a las dimensiones & caracter5sticas de la pro!eta# 7am!i$n se puede emplear el procedimiento, contando con la mquina de fle


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7a!la # Constantes a & !# Fuente WKX

Considerando los efectos para secciones transversales circulares > no circulares en rotaci"n& no rotaci"n se tiene lo siguiente


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Aqu5, S7 es resistencia a la tracci"n a la temperatura de operaci"n & S-7 es resistencia a latracci"n a la temperatura am!iente# Estos valores se dan en la figura ((


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Nota' -elia!ilit&' confia!ilidad

Factor de efectos varios Cf

• Corrosi"n' las pie9as mecnicas que tra!a/an en am!iente corrosivo, tienen !a/a

vida a la fatiga# no %a& l5mite de fatiga en estos casos#

• Aca!ados superficiales electrol5ticos' Cromado, Niquelado & el recu!rimiento conCadmio reducen la resistencia a la fatiga en ms de un T# El tratamiento con :incno afecta a dic%a resistencia#

• -ociado metlico' reduce la resistencia en un (HT

• La frecuencia de los ciclos' acorta la vida

• Corrosi"n' reduce la resistencia entre un )H & un K por ciento

• 7ensiones residuales

Concentraci"n de esfuer9os & sensi!ilidad a la entalladura' e


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concentraci"n de tensiones !a/o fatiga & se denota por ^f# su e


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La par!ola de .er!er se a/usta !astante !ien a los datos e


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2l5nea punteada3B sin em!argo, en esta 9ona, se prefiere la l5nea C que es masconservadora#

En la regi"n a tensi"n, la l5nea .E define la fluencia esttica, & la regi"n de falla quedaentonces definida por CD & DE para considerar la posi!ilidad de falla a la fatiga o a la

fluencia# Si se diera la situaci"n en la que el componente de tensi"n media fuera de ma&or magnitud & el de tensi"n alterna mu& peque0o, la com!inaci"n de estos podr5a definir un punto en la regi"n DEF que ser5a segura dentro de la l5nea de .oodman, pero ceder5a al primer ciclo# La totalidad de la regi"n de falla es la comprendida en ACDEAB cualquier com!inaci"n de esfuer9o alternante & medio que caiga en dic%a regi"n es una com!inaci"nsegura# Si las com!inaciones coinciden con las l5neas, estn en condiciones de falla & siaparecen fuera de la regi"n, entonces %a!r fallado la pie9a#

Las ecuaciones que aparecen en las l5neas & dentro del pol5gono ACDEA son las que permiten dimensionar la pie9a a fatiga, !ien sea %allando la secci"n resistente m5nima o elfactor de seguridadB todo depende del criterio elegido para el dise0o#

Conclusiones

La fatiga de los metales se produce por la acci"n de las cargas varia!les & la concentraci"nde tensiones0

Las cargas en su ma&or5a son varia!les, s"lo que en algunos casos, su frecuencia dealterna!ilidad o de variaci"n es tan peque0a que se puede decir que el componente tra!a/aen condiciones estticas#

La ecuaci"n de asquin esta!lece que los esfuer9os var5an en proporci"n inversa al n4mero

de ciclos de variaci"n de estos#Las marcas de pla&a indican la cantidad de ciclos a los que someti" la pie9a antes de fallar#Su n4mero es inverso a la intensidad de los esfuer9os#

La tecnolog5a empleada para reali9ar ensa&os de fatiga, est !astante avan9ada#

La l5nea de .oodman modificada es el modelo que me/or se adapta para el dise0o a fatigade componentes mecnicos#

M-T1D1134+ P+!+ ,D-#T,F,&+! P!15-M+S P+!+ !-+,6+! +#7,S,S D- F++S0

Confia!ilidad' es la ra9"n entre el tiempo efectivamente en funcionamiento de un equipo2tiempo de operaci"n mas tiempos de reparaciones32toJt(3Jtr & el tiempo transcurrido

Cf= 2toJt(3Jtr>2toJt(3

http://www.monografias.com/trabajos5/estat/estat.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/multimediaycd/multimediaycd.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/guiainf/guiainf.shtml#HIPOTEShttp://www.monografias.com/Tecnologia/index.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/estat/estat.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/multimediaycd/multimediaycd.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/guiainf/guiainf.shtml#HIPOTEShttp://www.monografias.com/Tecnologia/index.shtml


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Si un equipo funciona sin detenerse un periodo toJt(, entonces su confia!ilidad ser del(T, sin em!argo si este equipo se detiene repetidas veces en el mismo periodo, suconfia!ilidad ir disminu&endo# 1ara identificar aquellos equipos a los que se les de!e prestar atenci"n, se utili9a la metodolog5a de 1areto, denominada la >)

M-T1D113,+ D- P+!-T1 Es una metodolog5a que permite reali9ar la representaci"n grfica de losresultados o!tenidos so!re un pro!lema que nos a&uda a identificar los aspectos principales que se de!en tratar, o en otras pala!ras el grado de influencia de unos pocos elementos con el total de los resultados o!tenidos#

Se !asa en considerar que un peque0o bporcenta/e de las causas, producen elma&or porcenta/e o la ma&or5a de los efectos#

E/emplo'

• En la ta!la ( se encuentran la cantidad de defectos presentados por los diferentes

productos de una f!rica de plsticos#

7a!la ( Cantidad de defectos en diferentes productos

FAC7O-ES NU8E-O DE DEFEC7OS7anque de aguaLavamanosCa/oneraComedero

a0era8aceta-egaderaotellaasurero-episa

((P((P

PHK((K

• La ta!la ) muestra el ordenamiento de los factores, seg4n el numero de defectos

de ma&or a menor# Adems se o!serva el clculo del porcenta/e acumulado#

7a!la )' Ordenamiento de los factoresFactores #8 de*ectos #8 de* 0 acumulados 9 total 9

acumuladoLavamanos (P( (P( HK,P( HK,P(Ca/onera ( )P ,) ,)7# agua ( )K ,P H,(asurero (( ,) P,)(otella K K ),) K,


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-episa K ( ),) K),HH8aceta ) ), KH,PPComedero P ), K,a0era P H ), K,H-egadera H HH (,( (7otal HH (• Con los clculos efectuados en la ta!la ), se o!tiene la siguiente representaci"n

grafica'

Lavamanos

Cajonera

T. agua

Basurero

Botella

Repisa

Maceta

Comedero

Bañera

Regadera

-56

-6

44

94

44

94

!44

!94

"44

#.##$

#.##$

!#.##$

"#.##$

4#.##$

5#.##$

6#.##$%#.##$

.##$

9#.##$

##.##$

.rfico ( -epresentaci"n grfica de los factores & defectos por item

En el grafico ( se o!serva que un )T de los productos 2lavamanos & ca/onera3representan apro


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de las diversas %erramientas mas utili9adas para facilitar el anlisis de pro!lemas & sus

soluciones en esferas como lo sonB calidad de los procesos, los productos & servicios# Fue

conce!ido por el licenciado en qu5mica /apon$s Dr# ^aoru Is%iVa]a en el a0o (KH#

Este diagrama causal es la representaci"n grfica de las relaciones m4ltiples de causa J

efecto entre las diversas varia!les que intervienen en un proceso# En teor5a general desistemas, un diagrama causal es un tipo de diagrama que muestra grficamente lasentradas o inputs, el proceso, & las salidas o outputs de un sistema 2causaJefecto3, con surespectiva retroalimentaci"n 2 feedback 3 para el su!sistema de control#

Figura ( Diagrama de causa efecto de de espina de pescado

Causa

El pro!lema anali9ado puede provenir de diversos m!itos como la salud, calidad de productos & servicios, fen"menos sociales, organi9aci"n, componentes de equipos, etc# Aeste e/e %ori9ontal van llegando l5neas o!licuas Jcomo las espinas de un pe9J querepresentan las causas valoradas como tales por las personas participantes en el anlisis del pro!lema# A su ve9, cada una de estas l5neas que representa una posi!le causa, reci!e otrasl5neas perpendiculares que representan las causas secundarias# Cada grupo formado por una posi!le causa primaria & las causas secundarias que se le relacionan forman un grupo decausas con naturale9a com4n# Este tipo de %erramienta permite un anlisis participativomediante grupos de me/ora o grupos de anlisis, que mediante t$cnicas como por e/emplola lluvia de ideas, sesiones de creatividad, & otras, facilita un resultado "ptimo en elentendimiento de las causas que originan un pro!lema, con lo que puede ser posi!le lasoluci"n del mismo#

1rocedimiento

1ara empe9ar, se decide qu$ caracter5stica de calidad, salida o efecto se quiere e


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)# Escri!ir de forma concisa el pro!lema o efecto#

# Escri!ir las categor5as que se consideren apropiadas al pro!lema' m.%uina? manode obra? materiales? mtodos, son las ms comunes & se aplican en muc%os procesos#

H# -eali9ar una lluvia de ideas 2!rainstorming3 de posi!les causas & relacionarlas concada categor5a#

# 1reguntarse por qu$ a cada causa, cinco veces#1or qu$ no se dispone de tiempo necesario#1or qu$ no se dispone de tiempo para estudiar las caracter5sticas de cada producto#

# Empe9ar por enfocar las variaciones en las causas seleccionadas como fcil de

implementar & de alto impacto, como se indica en la figura )

Causas & espinas

1ara crear & organi9ar las espinas de un diagrama, %a& que considerar lo siguiente'

(# 7odas las espinas de!en ser causas posi!les#

)# 7odas las causas de!en ser presentadas en las v5as que indiquen c"mo se relacionancon el pro!lema#

# La disposici"n de las espinas de!e refle/ar las relaciones entre las causas

Figura )# Causas posi!les , su nivel de impacto & grado de dificultad para suimplementaci"n#

El cuadro ela!orado en funci"n al impacto e implementaci"n permite visuali9ar con ciertaclaridad lo que implica implementar las intervenciones que se decidirn como prioritarias

http://es.wikipedia.org/wiki/Brainstorminghttp://es.wikipedia.org/wiki/Brainstorminghttp://es.wikipedia.org/wiki/Brainstorming


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Referencias

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J Purdue Sc

analisis de fallas(apunte matriz)

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