fatiga trabajo

8/16/2019 Fatiga Trabajo

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OBJETIVOS: Analizar el comportamiento de los materiales metálicos al sersometidos a un esfuerzo de fatiga exionante !econocer " determinar demanera práctica las distintas propiedades mecánicas de los materialessometidos a esfuerzos de fatiga #onstruir e interpretar la grá$ca Esfuerzo S%&'esfuerzo % ciclos( correspondiente al material )ue se le realiza la prue*a

+eterminar la carga necesaria para poder identi$car una falla por fatiga en elmaterial

Intoduccion:

En ingenier,a "- en especial- en ciencia de materiales- la fatiga de materiales sere$ere a un fen.meno por el cual la rotura de los materiales *a/o cargasdinámicas c,clicas 'fuerzas repetidas aplicadas so*re el material( se produceante cargas inferiores a las cargas estáticas )ue producir,an la rotura 0ne/emplo de ello se tiene en un alam*re: exionándolo repetidamente se rompecon facilidad- pero la fuerza )ue 1a" )ue 1acer para romperlo en una s.la

exi.n es mu" grande 2a fatiga es una forma de rotura )ue ocurre enestructuras sometidas a tensiones dinámicas " uctuantes 'puentes-autom.3iles- a3iones- etc ( Su principal peligro es )ue puede ocurrir a unatensi.n menor )ue la resistencia a tracci.n o el l,mite elástico para una cargaestática- " aparecer sin pre3io a3iso- causando roturas catastr.$cas Es unfen.meno mu" importante- "a )ue es la primera causa de rotura de losmateriales metálicos 'aproximadamente el 456(- aun)ue tam*i7n estápresente en pol,meros 'plásticos- composites- (- " en cerámicasEn el estudiode los materiales en ser3icio- como componentes de .rganos de má)uinas oestructuras- de*e tenerse en cuenta )ue las solicitaciones predominantes a)ue generalmente están sometidos no resultan estáticas ni cuasi estáticas-mu" por lo contrario en la ma"or,a de los casos se encuentran afectados acam*ios de tensiones- "a sean de tracci.n- compresi.n- exi.n o torsi.n- )uese repiten sistemáticamente " )ue producen la rotura del material para 3aloresde la misma considera*lemente menores )ue las calculadas en ensa"osestáticos Este tipo de rotura )ue necesariamente se produce en el tiempo- sedenomina de fatiga aun)ue es com8n identi$carla como roturas por tensionesrepetidas- tensiones )ue pueden actuar indi3idualmente o com*inadas

0na carga dada puede ser de naturaleza estática o repetirse muc1as 3eces'carga dinámica( siempre )ue los esfuerzos permanezcan en el rango elástico-tal conclusi.n es correcta para ciclos )ue se repitan unas pocas docenas o auncentenares de 3eces Sin em*argo- no es cierto cuando los ciclos se repitenmiles o millones de 3eces En tales casos- la ruptura ocurrirá a esfuerzosmuc1o más *a/os )ue la resistencia estática de ruptura Este fen.meno seconoce como fatiga 0na falla por fatiga es de naturaleza frágil aun paramateriales normalmente d8ctiles 2a fatiga se puede de$nir como el deterioro



de un material *a/o ciclos repetidos de esfuerzo " deformaci.n- )ue conducena un agrietamiento progresi3o )ue aca*a por producir la fractura Se de*econsiderar la fatiga en el dise9o de todos los componentes estructurales " demá)uinas )ue están sometidas a cargas repetidas o uctuantes El n8mero deciclos de carga )ue puede esperarse durante la 3ida 8til de una componente

puede 3ariar muc1o- seg8n la utilizaci.n del material ara poder realizar unaaproximaci.n a la realidad de c.mo se comporta el material- se realizanensa"os de fatiga por má)uinas )ue someten a los materiales a una serie deesfuerzos de tracci.n " compresi.n 'pueden ser miles de ciclos(- 1asta )ue sede*ilitan " se produce la rotura en el material

2os resultados de los estudios estructurales 'estáticos " dinámicos- lineales "no lineales( se usan como los datos *ásicos de partida para de$nir el estudiode fatiga El n; de ciclos re)ueridos para )ue el fallo por fatiga ocurra en unpunto depende del material " de la uctuaci.n de las tensiones Estainformaci.n- para ciertos tipos de materiales f7rricos El m7todo fundamentalpara presentar los datos de fatiga es la cur3a de <o1ler- tam*i7n llamadasimplemente cur3a de fatiga o cur3a S%& 'Stress%&um*er of cicles( !epresentala duraci.n de la pro*eta- expresada en n8mero de ciclos 1asta la rotura- &-para la máxima tensi.n in3ertida aplicada- un punto con una ec1a 1orizontalindica una pro*eta )ue no 1a roto 2a ma"or parte de las in3estigaciones so*rela fatiga se 1an realizado empleando las má)uinas de exi.n rotati3a- en las)ue la tensi.n media es nula

=rf pag >

+E?I&I#IO&ES +E 2A +0!A#I@& A2 ES?0E! O ara determinar la resistenciade materiales *a/o la acci.n de cargas de fatiga- las pro*etas se someten afuerzas repetidas o 3aria*les de magnitudes especi$cadas "- as,- se cuentanlos ciclos o alternaciones de esfuerzos )ue soporta el material 1asta la falla oruptura El dispositi3o para ensa"os de fatiga más empleado es la má)uina de3iga rotatoria de alta 3elocidad de ! ! oore Csta somete a la pro*eta a

exi.n pura 'no a cortante trans3ersal( por medio de pesas 2a pro*eta sela*ra a má)uina " se pule cuidadosamente- reci*iendo un pulimento $nal en ladirecci.n axial para e3itar ralladuras circunferenciales Otras má)uinas paraensa"os de fatiga permiten aplicar a las pro*etas esfuerzos axiales- torsionaleso com*inados- de tipo uctuante o alternante 'in3ertido alternati3amente(

ara determinar la resistencia a la fatiga de un material es necesario un grann8mero de prue*as de*ido a la naturaleza estad,stica de la fatiga En el casodel ensa"o con la 3iga rotatoria se aplica una carga constante de exi.n " seregistra el n8mero de re3oluciones 'o alternaciones- o in3ersiones sucesi3as deesfuerzo( de la 3iga )ue se re)uieren para la falla 2a primera prue*a se realizacon un esfuerzo algo menor )ue la resistencia 8ltima del material- " la segunda

ro*eta para la má)uina de ensa"os de 3iga rotatoria de ! ! oore Elmomento exionan%te es uniforme en la porci.n cur3a- de manera )ue la



fractura en dos mitades iguales indica falla en la porci.n más esforzada- lo cuales un ensa"o 3álido del materialD mientras )ue una fractura en cual)uier otraparte 'no en el ni3el más esforzado( constitu"e la *ase para sospec1ar )ue elmaterial tiene un defecto

2as grietas por ?atiga se inician en la super$cie del material or ello de*ee3itarse en lo posi*le ralladuras " ara9azos en las super$cies de *uen aca*ado'por e/emplo- gra*ar el nom*re comercial en la pieza(- so*re todo en zonas conele3ado ni3el de tensi.n #ual)uier tratamiento super$cial 't7rmico omecánico( )ue produzcan un estado de tensiones residuales de compresi.n enla super$cie de las piezas aumentando la dureza de la super$cie 'por e/emplo-el temple- granallado o laminado super$cial( incrementará la 3ida a fatiga de lapieza El análisis de fatiga se *asa en la regla de iner de da9o acumuladopara estimar la 3ida a fatiga a partir de una 1istoria de tensiones odeformaciones 2a estimaci.n se realiza reduciendo los datos de carga a unasecuencia de picos " 3alles- contando los ciclos " calculando la 3ida a fatiga

ara realizar un análisis a ?atiga o de dura*ilidad- se de*e proporcionarinformaci.n espec,$ca para el análisis de fatiga

. ?ASES +E 0& ?A22O O! ?ATI=A ?ase 'Iniciaci.n(: 0na o más grietas sedesarrollan en el material 2as grietas pueden aparecer en cual)uier punto delmaterial pero en general ocurren alrededor de alguna fuente de concentraci.nde tensi.n " en la super$cie exterior donde las uctuaciones de tensi.n sonmás ele3adas 2as grietas pueden aparecer por muc1as razones:imperfecciones en la estructura microsc.pica del material- ralladuras-ara9azos- muescas " entallas causados por las 1erramientas de fa*ricaci.n o

medios de manipulaci.n En materiales frágiles el inicio de grieta puedeproducirse por defectos del material 'poros e inclusiones( " discontinuidadesgeom7tricas

?ase > ' ropagaci.n(: Alguna o todas las grietas crecen por efecto de lascargas Además- las grietas generalmente son $nas " de dif,cil detecci.n- auncuando se encuentren pr.ximas a producir la rotura de la pieza

?ase F '!otura(: 2a pieza contin8a deteriorándose por el crecimiento de lagrieta )uedando tan reducida la secci.n neta de la pieza )ue es incapaz deresistir la carga desde un punto de 3ista estático produci7ndose la rotura porfatiga

#A2#02O +E 2A #A!=A A!A =E&E!A! 2A +E?2EGI@& E2 conocimiento de laspropiedades de los materiales utilizados en Ingenier,a es un aspectofundamental para el dise9ador en su prop.sito de desarrollar las me/oressoluciones a las di3ersas situaciones )ue se presentan en su cotidiano)ue1acer 2a realizaci.n correcta de ensa"os en los materiales- nos permite



conocer su comportamiento ante diferentes circunstancias- al igual )ue ladeterminaci.n de sus propiedades fundamentales Antes de comenzar arealizar el ensa"o es importante )ue calcule el peso <- es necesario )ueconozca el esfuerzo 8ltimo a la tensi.n del material a ensa"ar 2a siguiente$gura le muestra un diagrama de fuerzas de acuerdo a la má)uina de ensa"os

de fatiga por exi.n rotati3a 2a distancia entre rodamientos es de 5 > m " <es el peso a calcular

?gr pag H

> Es necesario )ue se comprenda el diagrama de fuerza cortante " momentoexionante F 2a máxima fuerza cortante es < >- además no 1a" fuerzas

cortantes en la secci.n más delgada de la pro*eta

+iagrama de momento exionante:

El momento máximo es constante en la secci.n reducida de la pro*eta " esmax < >K5 > o max 5 <

!ecuerde )ue en el ensa"o medio ciclo es tensi.n donde la $sura crece " elotro medio ciclo es compresi.n 'no crece pero tampoco 1a" compresi.n en lagrieta( or lo tanto al 1a*er exi.n partimos de la ecuaci.n general

+onde es el momento- c es la distancia del e/e neutro a la periferia de lasecci.n trans3ersal 'radio( e I es el momento de Inercia Al reemplazar

max tenemos

Es esfuerzo se determina a partir del diagrama S%& 'Ver ?igura > marco te.rico(

Es un 3alor relacionado con el esfuerzo 8ltimo a la tensi.n 'Sut(- de*eencontrarse en la 3ida $nita pues de esta manera garantizaremos el encontrarun n8mero de ciclos 2os materiales no ferrosos no tienen 3ida in$nita- siemprese prolongan 1asta 5 a la L ciclos 'aluminio- *ronces- latones(D mientras )uelos materiales ferrosos si presentan 3ida infinita Tomemos M 6

or lo tanto < es

edici.n de la pro*eta: Antes de comenzar a realizar los ensa"os de fatiga sede*en tomar las respecti3as medidas dimensionales de las pro*etas Esteprocedimiento de medici.n es efectuado con un gran cuidado " de*eimplementarse la correcta utilizaci.n del #ali*rador Npie de re"N- " la regla uninstrumento de medici.n de 3ital importancia para tomar el 3alor de nuestrosdatos

ara tomar las medidas de nuestras pro*etas utilizaremos las unidades delsistema m7trico internacional 'SI( expresando dic1as medidas en mil,metros



'mm( Es mu" importante ser *astante cuidadosos en la toma de estasmedidas "a )ue despu7s de someter las pro*etas a los respecti3os ensa"os-estas serán utilizadas para calcular algunas 3aria*les como lo son el peso <A#TIVI+A+ E I&?O! E +E2 2ABO!ATO!IO +ETE! I&E Ba/o )u7 tipo de normasse pueden realizar los ensa"os de fatiga 2os cálculos correspondientes con la

carga real utilizada en cada ensa"o de fatiga 'peso <( +etermine losdiagramas de fuerzas '?(- Esfuerzos cortantes 'V( " momentos ectores ' (para el respecti3o ensa"o de fatiga +escri*a el tipo de fractura presente en elmaterial " conclu"a el tipo de fractura presente en el ensa"o Ela*ore una $c1at7cnica con los resultados o*tenidos en el ensa"o resaltando las caracter,sticas" las propiedades del material )ue fue sometido al ensa"o =! ?I#AS+etermine so*re la grá$ca o diagrama S%& el punto o los puntos de falla porfatiga si realiza el ensa"o con más de una pro*eta &ota El informe no de*eráexceder las 5 páginas BIB2IO=!A?IA Pi**eler !- ecánica de ateriales

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