Ensayos

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FATIGA
Luis Fernando Londoño Alberto Villamil Meléndez Emiro José Daza Plata Jher Willian Cuadrado B. Eduardo A. Rueda pineda

INTRODUCCIÓN
En su mayoría, las fallas en las máquinas se deben a cargas que varían con el tiempo y no a cargas estáticas. Estas fallas suelen ocurrir a niveles de esfuerzo muy por debajo del limite elástico del los materiales.  Manejar sólo las teorías de fallaestáticas puede llevar a diseños poco seguros cuando las cargas sean dinámicas.


HISTORIA
Este fenómeno se observo por primera vez en los años 1800, cuando empezaron a fallar los ejes de los carros de ferrocarril después de poco tiempo de prestar servicio. Estaban fabricados de acero dúctil, pero mostraban falla súbita de tipo frágil.  Los ejes estaban diseñados según los conocimientosadquiridos con estructuras cargadas estáticamente.


Esfuerzos Variables Con El Tiempo
 August Wohler fue el primero en identificar como “culpable” al numero de ciclos de esfuerzos en concordancia con su variación con el tiempo. Antes de Wohler, Rankine postulo que el material cristalizaba y se volvía frágil debido a los esfuerzos fluctuantes.

Diagrama para esfuerzos totalmente alternantes
Wolher encontró la existencia de un limite de resistencia a la fatiga para los aceros, es decir, un nivel de esfuerzos que puede ser tolerable para millones de ciclos.  Poncelet aplica por primera vez el termino “fatiga” en 1939 por la apariencia frágil de la superficie de falla de un material dúctil.



Wohler demostró después que las mitades rotas de los ejes seguían siendo tanresistentes y dúctiles a los ensayos a tensión como el material original

Mecanismo de las fallas por fatiga
 



Iniciación de la grieta Propagación de la grieta Fractura súbita

Las grietas por fatiga se inician en una muesca o en otra concentración de esfuerzos.

Etapa de iniciación de las grietas
 La fluencia plástica local causa distorsión, creando bandas de deslizamiento a lo largode los bordes cristalinos del material. Conforme los esfuerzos se alternan aparecen mas bandas de deslizamiento, las que forman grietas microscópicas.  Esta fluencia plástica localizada puede ser ocasionada por la presencia de concentradores geométricos de esfuerzos (muescas) o imperfecciones del material (inclusiones, poros), y se da aunque el esfuerzo nominal en la sección sea inferior al limitede fluencia.

Etapa de propagación
El crecimiento de las grietas se debe a esfuerzos a tensión, la grieta crece a lo largo de planos normales al esfuerzo máximo a tensión.  Los esfuerzos a compresión tienden a cerrar la grieta pero agudizan la grieta.  La grieta aguda crea concentraciones de esfuerzos superiores a los de la muesca.


Fractura
 Se presenta cuando el tamaño de lagrieta alcanza un valor critico donde la sección transversal no es capaz de soportar el esfuerzo aplicado. Flecha con cuñero de acero 1040

Modelos de falla por fatiga
Los modelos actuales de falla por fatiga son:
Vida-Esfuerzo (S-N). Vida-Deformación (ε-N). Mecánica de fracturas elásticas lineales (LEFM).

Regimenes de fatiga  Con base al numero de ciclos que va a sufrir la pieza se clasificacomo:
◦ Fatiga de bajo ciclaje (LCF); N 103

Vida-Esfuerzo (S-N).
Aplicaciones de fatiga de alto ciclaje  Modelo basado en el esfuerzo.  Busca determinar una resistencia a la fatiga y/o un limite de resistencia a la fatiga  Mas empírico y menos preciso especialmente situaciones de LCF  Intenta mantener la mantener los esfuerzos locales en las muescas tan bajos que la etapa de iniciaciónnunca empiece.


Vida-Deformación (ε-N).
Puede tomarse en consideración el daño acumulado por variaciones en la carga cíclica a lo largo de la vida útil de la pieza como sobrecargas  Mas aplicado a problemas de fatiga de bajo ciclaje de vida finita.  Las combinaciones de carga a la fatiga y la alta temperatura se manejan mejor con este método  Es el mas complicado


Mecánica...
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