SOLICITACIONES VARIABLES CÍCLICAS – FATIGA
MODOS DE APLICACIÓN DE CARGAS
-Cuasi estática (constante)
-Impacto (análisis energético)
-Cíclica
-Continuamente variable sin ciclo (superposición de cíclicas)
ciclica
SOLICITACIONES VARIABLES CICLICAS- FATIGA
CARGAS CICLICAS
Definición de parámetros
Tipos de cargas cíclicas
TIPOS DE PROCESOS POR FATIGA
1) FATIGA DE ALTOS CICLOS
a) El Nº de ciclos supera los 10000
b) Las tensiones nunca superan el limite de fluencia
c) No hay deformaciones plásticas macroscópicas
d) La falla se inicia en defectos de estructura del material y/o
en cambios bruscos de geometría de la pieza
e) Se evalúa por criterio de Carga vs. Vida (Diagramas S – N)
2) FATIGA DE BAJOS CICLOS
a) El Numero de ciclos es menor a 10000
b) Las tensiones pueden eventualmente superar el limite de fluencia
c) Hay deformaciones plásticas microscópicas y eventualmente macroscópicas en el entorno de la grieta
d) La falla se inicia en defectos de estructura del material y/o
en cambios bruscos de geometría de la pieza
e) Se evalúa por criterio de Deformación vs. Vida
FATIGA DE ALTOS CICLOS
Definición de Falla por Fatiga
Aspecto de Superficie de Fractura
-Zona de Inicio y Propagación Estable: (alisada y con líneas de costa)
-Zona de Fractura:
Propagación Inestable
(aspecto irregular
fractura instantánea)
FATIGA DE ALTOS CICLOS
a
GENERACION Y DESARROLLO DE GRIETAS
Estado I – Nucleación (Modelo de Woods)
Superficie “lisa” Superficie ranurada de bulón
Estado II –
Propagación estable
(Modelo de Laird)
GENERACION Y DESARROLLO DE GRIETAS
Estado II
Propagación
Estable
Estado III – Propagación Inestable ? Fractura
FATIGA DE ALTOS CICLOS
Aspectos según estado de carga
Caso árbol cortado con
huellas de flexión y torsión
ENSAYO DE VIGA ROTATIVA: 1) WOHLER
Descripción: Probeta cilíndrica rotante fijada en voladizo sometida a carga
transversal constante
Defectos: a) Concentración de esfuerzo en probeta en empotramiento al
soporte giratorio
b) Esfuerzo de corte en sección de falla (la de empotramiento)
Método clásico de
determinación de curva S –N
?
Salt
Representación doble logarítmica
ENSAYO DE VIGA ROTATIVA: 2) SCHRENK
Corrige los defectos del anterior ensayo al tener la probeta soportada en
ambos extremos sobre mordazas pivotantes y carga en el centro de la
probeta. No se genera esfuerzo de corte y el momento flexor en la zona en
que la probeta se fractura.
(detalle de estado de carga y transmisión de fuerzas en maquina en texto)
PROCEDIMIENTO DE ENSAYO 1) y 2)
Para un material se utiliza un grupo de probetas iguales y se las somete a
flexión rotativa con diferentes niveles de magnitud de carga y se mide la
vida en ciclos hasta la fractura.
Regresión ? Formula de Basquin: N * sa ^ p = C
p y C son constantes empíricas
Independientemente de los errores o defectos del ensayo la característica
por fatiga presenta una alta dispersión de resultados por lo que se
necesitan muchos ensayos para obtener valores confiables
La gran cantidad de datos necesarios para plantear una regresión
aceptable determina el alto costo (tiempo y probetas) de los
ensayos.
PROCEDIMIENTO DE ENSAYO 1) y 2)
PROCEDIMIENTO DE ENSAYO
-Todos los ensayos corresponden a esfuerzos alternantes : con inversión
cíclicamente total ? sm = 0
Diagrama logarítmico típico de
aleación de acero
-Genéricamente se observa
a) Familia de materiales con limite a la fatiga definido :
Acero y titanio corresponde a la tensión de rotura a 10^6/10^7 ciclos
b) Los demás materiales tienen limite continuamente variable menor cuanto mayor es la vida ? Se adopta convencionalmente como limite de fatiga el valor correspondiente a 10^8 ciclos de carga.
c) Los valores obtenidos en probetas no coinciden con los valores en “piezas” verdaderas
LIMITES DE FATIGA EN PIEZA
Factores de modificación para pasar de probeta a pieza real
ka = superficie
kb = tamaño
kc = confiablilidad
kd = temperatura
ke = tipo de solicitación
kf = efectos varios
LIMITE DE FATIGA EN PIEZA
LIMITE DE FATIGA EN PIEZA
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