fatiga en materiales, Ejercicios de Diseño de Máquinas

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UNIVERSIDAD TÉCNICA DEL NORTE

FACULTAD DE INGENIERÍA EN CIENCIAS APLICADAS

INGENIERÍA EN MECATRÓNICA

FATIGA DE MATERIALES

8 HORAS

19-JUN.-19 PROF. MARCO CIACCIA

• Las fallas por fatiga comienzan siempre como una grieta.
• Las grietas pueden ser introducidas en la manufactura o el proceso de fabricación, puede ser una muesca u otro concentrador de esfuerzos.
• Las fallas por fatiga tienen tres fases: inicio de la grieta, propagación de la grieta y fractura.
• La primera etapa puede ser de corta duración.
• La segunda implica la mayoría de la vida de la pieza.
• La tercera es instantánea.

DEFINICIÓN

• La fluencia plástica local provoca distorsión y crea bandas de deslizamiento.
• Conforme el esfuerzo oscila, se fusionan bandas de deslizamiento adicionales
• Los materiales menos dúctiles tenderán a desarrollar grietas más rápidamente. Son más sensibles a la muesca.
• Los materiales frágiles que no ceden pueden saltarse la fase inicial y proceder directamente a la propagación de la grieta.

FASE DE INICIO DE LA GRIETA

• Al invertirse el esfuerzo (compresión), o incluso al bajar el esfuerzo de tracción, la grieta se cierra.
• La grieta afilada crea una concentración de esfuerzos más grande que la de la muesca original.
• Se desarrolla una zona plástica cada vez que un esfuerzo de tensión abre la grieta, lo cual achata su punta y reduce la concentración del esfuerzo
• La grieta crece una pequeña cantidad y se repite el ciclo.

FASE DE PROPAGACIÓN DE LA GRIETA

• En una pieza que contiene una grieta expuesta a un ambiente corrosivo, la grieta crecerá con un esfuerzo estático.
• Una combinación de corrosión y esfuerzo variable tiene un efecto sinérgico y el material se corroe más rápidamente que sin el esfuerzo.
• Si la frecuencia del esfuerzo cíclico es baja, la grieta crecerá más rápidamente que si la frecuencia es alta.

FASE DE PROPAGACIÓN DE LA GRIETA - CORROSIÓN

• En algún momento, el factor de intensidad K del esfuerzo en la punta de la grieta supera el nivel de la tenacidad a la fractura Kc del material (mecánica de fractura).
• En el siguiente ciclo de tracción, ocurre una falla instantánea, catastrófica y sin advertencia.
• Si la grieta crece por corrosión y la carga es cuasi estática, la falla ocurre porque el esfuerzo nominal supera el límite de rotura.

• FRACTURA

DIAGRAMA ESFUERZO-VIDA

• Mecánica de fractura Apto para fatiga de bajos ciclos. Alta exactitud. Requiere conocer geometría de la punta de la grieta.
• Deformación-vida Apto para fatiga de bajos ciclos. Alta exactitud. Requiere simulación numérica para hallar soluciones
• Esfuerzo-vida Apto para fatiga de altos ciclos. Baja exactitud. Los cálculos son sencillos

MÉTODOS PARA EL ESTUDIO DE LA FATIGA