diseño contra fatiga (1)
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Diseño Contra Fatiga
U N I V E R S I D A D I N D U S T R I A L D E S A N T A N D E RF A C U L T A D D E I N G E N I E R I A S F I S I C O M E C A N I C A S
E S C U E L A D E I N G E N I E R I A M E C A N I C A
Alberto D. Pertuz C.
Bucaramanga, julio 2014
Diseño de Maquinas I Alberto Pertuz
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F A C U L T A D D E I N G E N I E R I A S F I S I C O M E C A N I C A S
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Consideraciones dinámicas en el diseño mecánico
Diseño por resistencia a la fatiga frente a cargas fluctuantes
Tensiones equivalentes
Diseño por resistencia estática
Criterio de la tensión normal máxima o de Rankine
Criterio de la tensión cortante máxima o de Tresca
Criterio de la energía de distorsión o de von Mises
Criterio de la fricción interna o de Mohr
Diseño por resistencia a la fatiga frente a cargas alternantes
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Diseño por resistencia a la fatiga frente a cargas alternantes
103102101 104 105 106 107 108100
Se
Sf
Sfr
Su
Consideraciones dinámicas en el diseño mecánico
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Diseño por resistencia a la fatiga frente a cargas alternantes
103102101 104 105 106 107 108100
Se
Sf
Sfr
Su
D i s e ñ o a V i d a I n f i n i t a
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Diseño por resistencia a la fatiga frente a cargas alternantes
103102101 104 105 106 107 108100
Se
Sf
Sfr
Su
a V i d a T e m p o r a l
D i s e ñ o
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Diseño por resistencia a la fatiga frente a cargas alternantes
103102101 104 105 106 107 108100
Se
Sf
Sfr
Su
D i s e ñ o
a B a j o C i c l a j e
a A l t o C i c l a j e D i s e ñ o
a V i d a T e m p o r a l
D i s e ñ o
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Corrección del límite de fatiga
D i s e ñ o a V i d a I n f i n i t a
Ecuación propuesta por : Joseph Marin:
S’e = ka kb kc kd ke Se
donde, ka factor de acabado superficial, kb factor de tamaño, kc factor de carga,kd factor de temperatura y ke factor de efectos diversos.Se limite de fatiga
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Corrección del límite de fatiga
D i s e ñ o a V i d a I n f i n i t a
S’e
* Debe ser estimado experimentalmente
* Método Analítico
Método Analítico
Aceros al carbono
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D i s e ñ o a V i d a I n f i n i t a Método Analítico
Varios Materiales
S'e = 0,5 Su for Wrought Steels where Su < 1400 Mpa.
S'e = 690 MPa for Wrought Steels where Su > 1400MPa
S'e = 0,5 Su for Titanium
S'e = 0,4 Su for cast steel and cast iron
S'n = 0,38 Su for magnesium casting and wrought alloys (based on 10 6 cycle life)
S'n = 0,35 Su to 0,5 Su for nickel alloys (based on 10 8 cycle life)
S'n = 0,25 Su to 0,5 Su for copper based alloys (based on 10 8 cycle life)
S'n = 0,38 Su for for wrought aluminium alloys up to a strength of 280 MPa (based on 5 x 10 8 cycle life)
S'n = 0,16 Sufor for cast aluminium alloys up to a strength of 350 MPa (based on 5 x 10 8 cycle life)
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ka : Factor de acabado superficial
Si existe discrepancia en el pulido con el cual fue realizado el ensayo para estimar el limite de fatiga y el calculo a realizar, debe entonces tomarse en cuenta este facto
ACABADO DESUPERFICIE
Factor aExponente
bKpsi MPa
Esmerilado (Rectificado) 1.34 1.58 - 0.085
Maquinado o estirado en frio 2.70 4.51 - 0.265
Laminado en caliente 14.4 57.7 - 0.718
Forjado 39.9 272 - 0.995
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ka : Factor de acabado superficialMétodo Directo
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kb : Factor de tamaño
Para Las solicitaciones flexión y torsión
Cualquier otra solicitación, tendrá un factor igual 1
Diámetro equivalente en caso de piezas no cilíndricas
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kc : Factor de Carga
kc =
0.923 Carga Axial ( < 1520 MPa )
1 Carga Axial ( > 1520 MPa )
1 Flexión
0.577 Torsión y Cortante
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kd : Factor de Temperatura
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ke : Factor de Efectos Diversos
Sobrevivencia (%)
ke
50 1.00
90 0.89
95 0.87
98 0.84
99 0.81
99.9 0.75
99.99 0.70
Confiabilidad Corrosión Recubrimiento
Electrolítico Metal Proyectado Frecuencia Cíclica Corrosión por Apriete Concentración de
Esfuerzos
ke : Factor de Confiabilidad
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ke : Factor de Efectos Diversoskf : Factor de Concentración de Esfuerzos Dinámico
Kf = 1 + q(Kt – 1)
q = Sensibilidad de EntallaKt = Factor de Concentración de esfuerzo Estático
Kf can be used to reduce Se (multiply Se by 1/Kf) or to modify the nominal stress
(σmax = Kfσnom).
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ke : Factor de Efectos Diversos
kt : Factor de Concentración de Esfuerzos Estático
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ke : Factor de Efectos Diversos
kf : Factor de Concentración de Esfuerzos
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ke : Factor de Efectos Diversos
kf : Factor de Concentración de Esfuerzos
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103102101 104 105 106 107 108100
Se
Sf
Sfr
Su
0% 50% 100%
D i s e ñ o
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“C” es la tensión en un ciclo,“A” es la tensión alterna del ciclo y “M” es la tensión media del ciclo su es la tensión última del material.
El valor “s/2” es la máxima tensión alterna que no causa ningún daño en el materialPor tanto el FS = OZ/OC, cuando tanto la tensión media como la alterna son variables. Para que un diseño resulte seguro el FS debe ser mayor que 1.0.
Diseño por resistencia a la fatiga frente a cargas fluctuantes
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