ensayo de fatiga nunura 2
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Fatiga Unidad II
Ing. César Nunura
Usted probablemente ha
notado un pequeño
corte ha sido colocado
en la envoltura, y de esta
forma con un mínimo
esfuerzo podemos
abrirlo. Este fenómeno
está relacionado a uno
de los principios
básicos de la mecánica
de la fractura: una
determinada tensión
aplicada se puede
amplificar en la punta de
una pequeña incisión.
Fatiga Unidad II
Ing. César Nunura
Boeing 737 que sufrió una descompresión
explosiva y fallas estructurales (28.04.88). Una
investigación sobre el accidente concluyó que
la causa de la fatiga del metal fue debido a
efectos corrosivos en una grieta del fuselaje,
resultando en efectos de descompresión en la
cabina.
Fatiga Unidad II
Ing. César Nunura
Los materiales,
particularmente los
metales, cuando
sometidos a tensiones
fluctuantes o
repetitivas (esfuerzos
cíclicos), se rompen a
tensiones muy
inferiores a aquellas
determinadas en los
ensayos de tracción.
(Cargas estáticas).
Ejemplo:
Cigüeñal de un motor
Fatiga Unidad II
Ing. César Nunura
La ruptura que ocurre en esas condiciones de esfuerzo
dinámico es conocida como ruptura por fatiga.
Cigüeñal de motor a
combustión interna
que sufrió ruptura por
fatiga.
Fatiga Unidad II
Ing. César Nunura
El fenómeno da fatiga pasó a
representar el 90% de fallas en servicio
de componentes mecánicos.
Fatiga Unidad II
Ing. César Nunura
La falla por fatiga es particularmente
imprevisible, pues acontece sin previo
aviso .
Ensayo de Fatiga
Consiste en la aplicación de carga cíclica en una probeta
normalizada según el tipo de ensayo a ser realizado.
Unidad II
Ing. César Nunura
Ensayo de Fatiga Unidad II
Ing. César Nunura
Cuerpos de prueba según la norma
ASTM (E1823, E1150, E466)
Ensayo de Fatiga Unidad II
Ing. César Nunura
Categorías del Ensayo de Fatiga
Fatiga de Desgaste
Ensayo realizado sin la existencia
de una pre-grieta.
Objetivo: Controlar la formación de
grietas.
Ejemplos: Componentes de
pequeño porte, herramientas de
corte, ejes, esferas de
rodamientos.
Fractura de Fatiga
Ensayo realizado con la existencia
de una pre-grieta.
Objetivo: Controlar el crecimiento
de grietas.
Ejemplos: Componentes de grande
porte, estructuras de puentes,
navíos, aviones, autos, elementos
soldados, vasos de presión.
Fatiga de Alto Ciclo
Bajas tensiones cíclicas y número
elevado de ciclos >104 para ocurrir
la fractura.
Ejemplo: Componentes de
máquinas rotativas sometidos a
altas vibraciones (ruedas, ejes,
rodamientos)
Fatiga de Bajo Ciclo
Altas tensiones cíclicas y número
bajo de ciclos <104 para ocurrir la
fractura.
Ejemplo: Componentes de
reactores nucleares, componentes
de turbinas, eventualmente
sometidos a sobrecarga.
Ensayo de Fatiga Unidad II
Ing. César Nunura
Tracción
Compresión
Fenómenos que se desarrollan en
vigas bi-apoyadas por los efectos de
concentración de carga.
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Flexión Rotativa
Ensayo de Fatiga Unidad II
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Tracción – Compresión
Push - Pull Torsión
El fenómeno de fatiga representa un 90% de fallas en
servicio de componentes metálicos. Materiales
poliméricos y cerámicos (excepto vidrio) también
son susceptibles a este fenómeno. No se aplica este
ensayo a los cerámicos, pues los mismos presentan
poros por naturaleza.
Ensayo de Fatiga Unidad II
Ing. César Nunura
Tipos de Cargas Cíclicas
Tensión Alternada (ideal) Tensión Flotante
Tensión Irregular Aleatoria
(vibraciones complejas)
Ensayo de Fatiga Unidad II
Ing. César Nunura
Ejemplo de Análisis de Cargas Cíclicas
Ensayo de Fatiga Unidad II
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Cargas Alternada – Eje 1 (Libre)
Ensayo de Fatiga Unidad II
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Cargas Alternada – Eje 1 (Libre)
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Cargas Flotante – Eje 2 (Libre)
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Análisis de Resultados (Curva σ–N ou Curva
Wöhler - 1850)
Este ensayo es capaz de ofrecer datos cuantitativos de las
características de un material o componente, referente a si el
mismo puede soportar por largos periodos cargas repetitivas
o cíclicas sin romperse.
O ensaio pode ser
dividido em Fadiga de
Baixo Ciclo (ruptura <
104 ciclos) e Fadiga de
Alto Ciclo (para os
casos acima desse
limite)
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Ing. César Nunura
Análisis de Resultados (Curva σ–N ou Curva
Wöhler - 1850)
Límite de Resistencia en
Fatiga (𝝈𝑹𝒇)
Forma un nivel horizontal. En
los aceros: 35% a 65% del
límite de resistencia a la
tracción. Puede admitirse:
u
Rf
5,0
Resistencia en Fatiga (𝝈𝒇)
Tensión en la cual ocurre
ruptura para n número de
ciclos. Es frecuente en los no
ferrosos a 𝟏𝟎𝟕 a 𝟏𝟎𝟖 ciclos.
Vida en Fatiga (𝑵𝒇)
Número de ciclos que causará la
ruptura para n valor de tensión.
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Ing. César Nunura
Análisis de Resultados (Curva σ–N ou Curva
Wöhler - 1850)
Ensayo de Fatiga Unidad II
Ing. César Nunura
Análisis de Resultados (Curva σ–N ou Curva
Wöhler - 1850)
Ensayo de Fatiga Unidad II
Ing. César Nunura
Análisis de Resultados (Curva σ–N ou Curva
Wöhler - 1850)
Ensayo de Fatiga Unidad II
Ing. César Nunura
Análisis de Resultados (Curva σ–N ou Curva
Wöhler - 1850)
El resultado del ensayo debe
ser correlacionado con:
Factor de superficie (Ka)
Factor de tamaño (Kb)
d ≤ 8mm:1;
8 ≤ d ≤ 250mm: 1189 ∙ 𝒅−𝟎,𝟎𝟗𝟕
Factor de carga (Esfuerzos) (Kc)
Flexión: 1,0; Normal: 0,7; Cortante: 0,59
Factor de temperatura (Kd)
T ≤ 450°C: 1,0;
T ≥ 450°C: 1 – 0,0058 ∙ (T - 450)
Factor de confiabilidad (Ke)
50%:1; 90%:0,897; 99,99%:0,702
Factor de concentración de tensión (Kf)
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Análisis de Resultados (Curva σ–N ou Curva
Wöhler - 1850)
𝝈, = (𝑲𝒂 ∙ 𝑲𝒃 ∙ 𝑲𝒄 ∙ Kd ∙ Kd ∙ Ke ∙Kf) ∙ 𝝈 Límite de Resistencia a la
Fatiga estimado:
La ruptura del componente en
servicio ocurre en tres etapas
distintas:
Nucleación de Grieta;
Propagación Cíclica de
Grieta (Fenómeno Lento)
Falla Catastrófica
(Fenómeno Rápido).
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Fractura en Fatiga
Ensayo de Fatiga Unidad II
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Fractura en Fatiga – Nucleación de Grieta
Regiones de alta concentración de
tensiones.
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Fractura en Fatiga – Nucleación de Grieta
Defectos de superficie (ranuras,
pequeñas grietas de mecanizado,
mal acabado superficial
Ensayo de Fatiga Unidad II
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Fractura en Fatiga – Nucleación de Grieta
Defectos en la
microestructura
(inclusiones,
porosidad acentuada,
defectos de
solidificación, puntos
de corrosión)
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Fractura en Fatiga – Propagación Cíclica de
Grieta
Debido a la concentración
local de tensión causada por
los mecanismos antes
citados, ocurre una
deformación plástica cíclica,
aun con tensiones menores al
límite elástico
Ensayo de Fatiga Unidad II
Ing. César Nunura
Fractura en Fatiga – Ruptura catastrófica
Durante servicio, el
componente se
encuentra sujeto a
cambios abruptos de
carga de fatiga. Esos
cambios se registran
en la macro-estructura
de la superficie de
fractura (Marcas de
Playa)
Ensayo de Fatiga Unidad II
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Fractura en Fatiga – Ruptura lenta
Ensayo de Fatiga Unidad II
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Factores de Influencia en la Resistencia en
Fatiga: Efectos Superficiales
Rugosidad Superficial
Variaciones en la resistencia a
la fatiga sobre la superficie
(tratamientos superficiales)
Variaciones en las tensiones
residuales en la superficie
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Ing. César Nunura
Factores de Influencia en la Resistencia en
Fatiga: Factores de Proyecto
Cualquier marca o discontinuidad
geométrica puede actuar como un
concentrador de tensiones y
como un punto potencial de inicio
de una grieta de fatiga (agujeros,
canales de chaveta, etc.)
Ensayo de Fatiga Unidad II
Ing. César Nunura
Factores de Influencia en la Resistencia en
Fatiga: Factores de Proyecto
Ensayo de Fatiga Unidad II
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Factores de Influencia en la Resistencia en
Fatiga: Factores de Proyecto
15% de las fallas ocurren en la
unión cabeza - vástago
65% de las fallas ocurren en el
primer hilo de rosca en contacto
con la tuerca o contrapieza.
20% de las fallas ocurren en la raíz
de la rosca
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Factores de Influencia en la Resistencia en
Fatiga: Factores de Proyecto
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Factores de Influencia en la Resistencia en
Fatiga: Factores de Proyecto
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Factores de Influencia en la Resistencia en
Fatiga: Factores de Proyecto
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Factores de Influencia en la Resistencia en
Fatiga: Factores de Proyecto
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Factores de Influencia en la Resistencia en
Fatiga: Factores de Proyecto
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Factores de Influencia en la Resistencia en
Fatiga: Ambiente
Ataque Químico:
Fatiga por corrosión
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Curiosidad
𝝈𝒇 = Resistencia a la fatiga
𝝈𝒚 = Tensión de fluencia
𝑲𝒂𝒄 = Coeficiente de
acabado
𝑲𝒆𝒏𝒕 = Coeficiente de
entalladura
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Ing. César Nunura
Curiosidad
Ayrton Senna da Silva (São
Paulo, Brasil, 21 de marzo de 1960 -
† Bolonia, Italia, 1 de mayode 1994) fue un
piloto de automovilismo de
velocidad brasileño tres veces Campeón
del Mundo de Formula 1. Senna esta entre
los mas exitosos y dominantes pilotos de
la era moderna de la Formula 1, y para
muchos expertos, es el mas rápido de la
historia del automovilismo.
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Ing. César Nunura
Curiosidad
Una de las quejas de Ayrton Senna sobre su auto previo a la carrera (y en los GPs
anteriores) era la incomodidad del habitáculo para las piernas. El timón del Williams
estaba más abajo que las versiones anteriores y al parecer, no se previeron las medidas
de los pilotos. Como rediseñar el monoplaza en plena temporada era imposible,
tomaron a bien reducir el diámetro de la barra de dirección de 22 a 18 milímetros. Error
fatal.
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Ing. César Nunura
Curiosidad
El material de la nueva barra (EN14) resultó ser demasiado débil para tan exigentes
condiciones ya que a la sexta vuelta de la carrera se rompió. El tricampeón mundial
perdió el control de su Williams porque simplemente no podía mover su coche justo en
una de las zonas más rápidas y peligrosas del circuito.
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Curiosidad
Se especula que la barra de la dirección del
timón fue soldada y acabó fallando por fatiga
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Ing. César Nunura
Curiosidad
Al desprenderse la barra en el
accidente, se fue directamente
contra Ayrton haciendo que se
fracturara el cráneo, provocando
la muerte instantánea, aunque
recién su muerte se hizo oficial
más de 4 horas después. En
síntesis, Ayrton Senna tuvo la
mala suerte de que la misma
barra de dirección que se
rompiera segundos antes hubiera
salido disparada contra él.
Si no fuera éste el caso, el
brasileño hubiera tenido la
posibilidad de al menos salir vivo
del accidente, quizá con algún
tipo de daño, pero vivo.