Fallas Por Fatiga
Páginas: 16 (3990 palabras)
Publicado: 31 de marzo de 2015
FALLAS POR FATIGA
1.1Introducción
El estudio de la fatiga es un tópico muy importante dentro de la Ingeniería Mecánica pues muchos de los elementos de máquinas son sometidos durante el trabajo a esfuerzos que varían cíclicamente en función del tiempo. Como ejemplos se pueden mencionar las partes de un mecanismo de biela-manivela de un motor de combustión interna (Fig. 1.1), las cuales seencuentran solicitadas por fuerzas que varían periódicamente. La ley de variación de estas fuerzas se determina a partir del análisis de la variación de presión al interior del cilindro, así como del análisis cinemático del mecanismo. Otro ejemplo es el de los ejes de transmisión de una caja reductora de velocidades (Fig. 1.2), en los cuales los esfuerzos debidos a flexión son cíclicos aun cuandolas cargas exteriores son constantes en el tiempo.
Fig. 1.2 Sección de una caja reductora
Fig. 1.1 Sección de un motor de
combustión interna.
de velocidades.
1.2Falla por fatiga
Hay casos en que se analizan elementos de máquinas que han fallado bajo la acción de esfuerzos repetidos o variados en el tiempo. Un análisis correspondiente de fallamuestra que los esfuerzos máximos reales estaban por debajo del esfuerzo máximo o de rotura del material, o lo que es aún más sorprendente, por debajo del esfuerzo de fluencia. El común denominador de estas fallas es que los esfuerzos fluctuaron en el tiempo. A este tipo de falla se le denomina falla por fatiga.
En un principio se pensó que este tipo de falla estaba relacionado con una variaciónde la estructura cristalina debido a la acción de cargas variables y por ello recibió el nombre de fatiga. Sin embargo, investigaciones posteriores han determinado que en el progreso de una falla por fatiga no se produce variación de la estructura del metal. A pesar de ello se ha mantenido por tradición el nombre de fatiga para este fenómeno.
La falla por fatiga tiene un inicio de carácterlocal. Ella comienza con una grieta microscópica que no es posible de percibir a simple vista. Es más, aún utilizando técnicas de inspección como rayos X o ultrasonido es muy difícil localizar dichas microgrietas. Normalmente estas grietas se originan en puntos de discontinuidad del material, tales como un cambio brusco de sección, un canal, un orificio o hasta en alguna irregularidad causada por elmaquinado, lo cual produce, concentración de esfuerzos. Una grieta puede también originarse al interior del material en una dislocadura intercristalina, por ejemplo, o en una irregularidad causada por el proceso de fabricación. Una vez formada una grieta, el esfuerzo variable la hace crecer y con ello aumenta su efecto concentrador de esfuerzos. Al crecer la grieta disminuye el área que soportael esfuerzo y ello conlleva al crecimiento del esfuerzo neto. En algún momento el área ha disminuido tanto que ya no es capaz de soportar el esfuerzo y se rompe bruscamente. En la figura 1.3 se muestran tres ejemplos diferentes de sección fracturada por fatiga.
Zona de rotura por fatiga
Zona de rotura frágil
Zona de rotura por fatiga
Líneas de avance de la grieta
Líneas de
Zonade rotura
avance
frágil
Zona de rotura
de la
frágil
grieta
(a)
(b)
Líneas de avance
de la grieta
Zona de
rotura
por fatiga
(c)
Zona de rotura frágil
Fig. 1.3 Características de la rotura por fatiga. a) eje trasero de automóvil, b) eje cigüeñal y c)eje de caja reductora de velocidades.
En todos los casos se puede ver que hay dos zonas marcadamente diferentes: una zona lustrosa producida para la expansión de la grieta, la cual empezó en una zona de concentración de esfuerzos provocada por el canal chavetero, y la otra zona áspera, similar a la que presenta una fractura de material frágil, como el hierro fundido, bajo carga estática....
1.1Introducción
El estudio de la fatiga es un tópico muy importante dentro de la Ingeniería Mecánica pues muchos de los elementos de máquinas son sometidos durante el trabajo a esfuerzos que varían cíclicamente en función del tiempo. Como ejemplos se pueden mencionar las partes de un mecanismo de biela-manivela de un motor de combustión interna (Fig. 1.1), las cuales seencuentran solicitadas por fuerzas que varían periódicamente. La ley de variación de estas fuerzas se determina a partir del análisis de la variación de presión al interior del cilindro, así como del análisis cinemático del mecanismo. Otro ejemplo es el de los ejes de transmisión de una caja reductora de velocidades (Fig. 1.2), en los cuales los esfuerzos debidos a flexión son cíclicos aun cuandolas cargas exteriores son constantes en el tiempo.
Fig. 1.2 Sección de una caja reductora
Fig. 1.1 Sección de un motor de
combustión interna.
de velocidades.
1.2Falla por fatiga
Hay casos en que se analizan elementos de máquinas que han fallado bajo la acción de esfuerzos repetidos o variados en el tiempo. Un análisis correspondiente de fallamuestra que los esfuerzos máximos reales estaban por debajo del esfuerzo máximo o de rotura del material, o lo que es aún más sorprendente, por debajo del esfuerzo de fluencia. El común denominador de estas fallas es que los esfuerzos fluctuaron en el tiempo. A este tipo de falla se le denomina falla por fatiga.
En un principio se pensó que este tipo de falla estaba relacionado con una variaciónde la estructura cristalina debido a la acción de cargas variables y por ello recibió el nombre de fatiga. Sin embargo, investigaciones posteriores han determinado que en el progreso de una falla por fatiga no se produce variación de la estructura del metal. A pesar de ello se ha mantenido por tradición el nombre de fatiga para este fenómeno.
La falla por fatiga tiene un inicio de carácterlocal. Ella comienza con una grieta microscópica que no es posible de percibir a simple vista. Es más, aún utilizando técnicas de inspección como rayos X o ultrasonido es muy difícil localizar dichas microgrietas. Normalmente estas grietas se originan en puntos de discontinuidad del material, tales como un cambio brusco de sección, un canal, un orificio o hasta en alguna irregularidad causada por elmaquinado, lo cual produce, concentración de esfuerzos. Una grieta puede también originarse al interior del material en una dislocadura intercristalina, por ejemplo, o en una irregularidad causada por el proceso de fabricación. Una vez formada una grieta, el esfuerzo variable la hace crecer y con ello aumenta su efecto concentrador de esfuerzos. Al crecer la grieta disminuye el área que soportael esfuerzo y ello conlleva al crecimiento del esfuerzo neto. En algún momento el área ha disminuido tanto que ya no es capaz de soportar el esfuerzo y se rompe bruscamente. En la figura 1.3 se muestran tres ejemplos diferentes de sección fracturada por fatiga.
Zona de rotura por fatiga
Zona de rotura frágil
Zona de rotura por fatiga
Líneas de avance de la grieta
Líneas de
Zonade rotura
avance
frágil
Zona de rotura
de la
frágil
grieta
(a)
(b)
Líneas de avance
de la grieta
Zona de
rotura
por fatiga
(c)
Zona de rotura frágil
Fig. 1.3 Características de la rotura por fatiga. a) eje trasero de automóvil, b) eje cigüeñal y c)eje de caja reductora de velocidades.
En todos los casos se puede ver que hay dos zonas marcadamente diferentes: una zona lustrosa producida para la expansión de la grieta, la cual empezó en una zona de concentración de esfuerzos provocada por el canal chavetero, y la otra zona áspera, similar a la que presenta una fractura de material frágil, como el hierro fundido, bajo carga estática....
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