Analisis De Fatiga

Introducción
El fenómeno de la fatiga de los materiales es uno de los más estudiados en la ingeniería mecánica. Se ha escrito mucho acerca de este tópico como puede observarse, por ejemplo, en [1], [2], [3], [4], [5]. La fatiga, es la causa del ochenta por ciento de las fallas en maquinarias; los elementos mecánicos trabajan, en su mayoría, bajo condiciones de fatiga, como ejemplo puedencitarse: los peldaños de una escalera metálica, las estructuras de los parques donde ejercitan los deportistas, los aparatos de un parque infantil, los ejes de diversas máquinas industriales: moledoras, trituradoras, elevadoras, los aviones, los automóviles, los sistemas de izado de carga en los puertos, entre otros.
A lo largo del presente trabajo, se expone de modo general, el fenómeno de la fatiga:condiciones para que ocurra, mecanismo de falla, tipos de fatiga según la pieza esté a flexión, bajo la acción de cargas axiales, bajo corte en su forma directa o torsional. Se muestra resumidamente la cronología de los estudios relacionados a este fenómeno, el ensayo de flexión rotativa para la determinar la vida a la fatiga de los materiales metálicos, recursos técnicos para su realización,modelos matemáticos que estudian su comportamiento y los parámetros a considerar en el diseño bajo fatiga.
Cronología de los estudios sobre la fatiga
El fenómeno de la fatiga en los metales, comenzó a estudiarse en el siglo XIX. Es en el año 1839 cuando Poncelet acuña el término "fatiga" para describir las fallas por este tipo de situación. Se pensaba que el material, cuando cristalizaba, se"cansaba" de modo semejante a una persona y luego fallaba. Fue August Wöhler (1819-1914)[6] quien en 1871 publicó los resultados de sus investigaciones aplicadas al sistema de trenes y llegó a la conclusión de que la falla en los ejes de los carros del ferrocarril se debía a la alternabilidad de las tensiones en los mismos. Con el devenir del tiempo se fueron llevando a cabo estudios diversos acerca de lafatiga, como puede observarse en
la tabla 1
Tabla 1. Cronología sobre estudios de la fatiga. Fuente [7]
Año Investigador Contribución
1829 Albert Primero en documentar la falla por cargas repetidas
1837 Rankine Analiza la teoría de cristalización de la fatiga

1839 Poncelet Primero en utilizar el término "fatiga"
1849 Stephenson Analiza la responsabilidad del producto asociada con lafalla por fatiga en los ejes de los carros del ferrocarril
1850 Braihtwaite Primero en utilizar el término fatiga en una publicación en inglés. Analiza la teoría de la cristalización

1864 Fairbairn Informa sobre los primeros experimentos sobre cargas repetidas
1871 Wöhler Publica los resultados de sus 20 años de investigación sobre las fallas de los ejes, perfecciona el ensayo por flexiónrotativa, las curvas S-N y define el límite de resistencia a la fatiga

1886 Bauschinger Inventa un extensómetro con una sensibilidad de 10-6 y estudia el esfuerzo-deformación inelástico
1903 Swing / Humphrey Descubre las líneas de deslizamiento, grietas por fatiga y crecimiento de grietas hasta la falla, demostrando lo incorrecto de la teoría de cristalización
1910 Baitstow Verifica la teoría deBauschinger respecto a un límite de fluencia elástico natural y el límite de resistencia a la fatiga de Wöhler
1910 Basquin Enuncia la ley exponencial de las pruebas de resistencia a la fatiga (ecuación de Basquin)
1915 Smith / Wedgewood Separan la deformación plástica cíclica de la deformación plástica total
1921 Griffith Aplica criterios para la fractura y asocia a la fatiga con el crecimientode las grietas
1927 Moore / Kommers Cuantifican datos de fatiga de alto ciclaje para muchos materiales en "The Fatigue of Metals"
1930 Goodman / Soderberg Determinan, por separado, la influencia de los esfuerzos medios sobre la fatiga

1937 Neuber Publica la ecuación de Neuber para la concentración de deformaciones en muescas (traducida al inglés en 1946)
1953 Peterson Publica "Stress...