Fatiga

Ejercicio 1:
Descripción del ensayo de fatiga de una viga rotatoria. Como se llega a la curva, y cuál es el resultado del ensayo.
Resolución:
Un ensayo de prueba de laboratorio sobre resistencia de materiales que están sometidos a carga de fatiga, consiste en someter a las probetas con fuerzas variables de distinta magnitud perfectamente especificadas y contar los ciclos de esfuerzos quesoporta el material, hasta la falla o ruptura. El dispositivo más usado y conocido para el ensayo de fatiga es la máquina de viga rotatoria de alta velocidad o más conocida como la máquina de MOORE.

Aquí presentamos la probeta de la Máquina de Moore con sus respectivas dimensiones:


Dicha maquina somete a la probeta a flexión pura por medio de pesos suspendidas en la misma y a su vez seregistra el numero de revoluciones, o sea alternaciones sucesivas de esfuerzo, que se requieren para la falla. Una de las consideraciones a tener en cuenta al realizar el ensayo, es que la probeta a ensayar debe estar labrada y contar con un pulido en la dirección axial de la pieza perfectamente realizado, de manera de evitar ralladuras circunferenciales que pueden ser causantes del inicio de unafalla de la pieza por fatiga. La primera prueba a realizar sobre la pieza debe efectuarse con un valor de esfuerzo inicial menor que la Sut (tensión última de tracción), del material. La segunda prueba se realiza con un valor de esfuerzo menor que la anterior y así sucesivamente para distintos valores de revoluciones de la maquina. Los resultados obtenidos del ensayo se grafican, obteniendo eldiagrama S-N. Dicho diagrama se encuentra realizado en una escala logarítmica para poder apreciar los quiebres que presenta el mismo, los cuales no se apreciarían si utilizáramos coordenadas cartesianas.
Para el caso de un ensayo para un acero determinado, obtenemos un grafico S-N como el siguiente:

En el grafico vemos una zona entre N = 1 y N = 103, que se denomina como fatiga de ciclos bajos.Entre N = 103 y N = 106 la falla corresponde a fatiga de ciclos altos. Vemos que para N = 106 se produce un quiebre en la figura y mas allá de ese punto no ocurrirá falla, cualquiera sea el numero de revoluciones. Dicho punto se denomina como (limite de resistencia a la fatiga). Se observa también una región de duración finita y una región de duración infinita. El límite entre ambas regionesgeneralmente no está definido con claridad, pero para el caso de los aceros se encuentra entre 103 y 107 ciclos.
Ejercicio 2:
Una barra rectangular se corta de una lámina de acero AISI 1018 estirada en frío. La barra mide 60mm de ancho por 10mm de espesor y tiene un agujero de 12mm de diámetro en el centro.
La barra soporta una carga de fatiga con inversión por fuerzas axiales F uniformementedistribuidas a todo lo ancho.
Con base en un factor de diseño nd=1.8. Determine la fuerza máxima admisible “F” que se puede aplicar.


De la tabla A – 20 del apéndice del libro Shigley Mischke 5º edición, pág. 859. Se obtiene las propiedades mecánicas del acero AISI 1018 estirado en frio.
Sut=440 MPa =64 kpsi
Todas las formulas y tablas que se utilizaron son del libro Shigley Mischke 5ºedición. Los gráficos que se utilizaron son del libro Shigley Mishke 8º edición.
Se considera para la resolución del problema que la pieza mecánica tendrá vida infinita.
Para el cálculo del límite de resistencia a la fatiga se utiliza la fórmula de Marin
Se=ka.kb.kc.kd.ke.S'e
Donde:
Se = limite a la fatiga del elemento mecánico.
S’e= limite de resistencia a la fatiga de la muestra de viga rotatoriaKa = factor de superficie
Kb = factor de tamaño
Kc = factor de carga.
Kd = factor de temperatura
Ke= factor de efectos diversos
De la ecuación 7-4 El límite de resistencia a la fatiga del elemento de una muestra de viga rotatoria, para una materia con Sut < 200 Kpsi es:
Se’= 0.504xSut = 0.0504 x 64 = 32.25 kPsi
Cálculo de los factores de la fórmula Marin:
Factor de superficie (Ka):...