Fatiga

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Fatiga
Definición._
En ingeniería y, en especial, en ciencia de materiales, la fatiga de materiales se refiere a un fenómeno por el esfuerzo. Aunque es un fenómeno que, sin definición formal, era reconocido desde la antigüedad, este comportamiento no fue de interés real hasta la Revolución Industrial, cuando, a mediados del siglo XIX comenzaron a producir las fuerzas necesarias para provocar larotura con cargas dinámicas son muy inferiores a las necesarias en el caso estar metido desarrollar métodos de cálculo para el diseño de piezas confiables.

Tensiones Cíclicas._
1. Denominado ciclo de carga repetida, los máximos y mínimos son asimétricos con respecto al nivel cero de carga.
2. Aleatorio: el nivel de tensión puede variar al azar en amplitud y frecuencia.
La amplitud de latensión varía alrededor de un valor medio, el promedio de las tensiones máxima y mínima en cada ciclo:

El intervalo de tensiones es la diferencia entre tensión máxima y mínima

La amplitud de tensión es la mitad del intervalo de tensiones

El cociente de tensiones R es el cociente entre las amplitudes mínima y máxima

Por convención, los esfuerzos a tracción son positivos y los decompresión son negativos. Para el caso de un ciclo con inversión completa de carga, el valor de R es igual a -1.
Amplitud de la carga Vs Vida útil

Grietas por Fatiga
El proceso de rotura por fatiga se desarrolla a partir del inicio de la grieta y se continúa con su propagación y la rotura final.

Iniciación de grietas (incluye líneas de playa)
Inicio
Las grietas que originan la rotura ofractura casi siempre nuclear sobre la superficie en un punto donde existen concentraciones de tensión (originadas por diseño o acabados, ver Factores).

Las cargas cíclicas pueden producir discontinuidades superficiales microscópicas a partir de escalones producidos por deslizamiento de dislocaciones, los cuales actuarán como concentradores de la tensión y, por tanto, como lugares de nucleación degrietas.

Propagación
• Etapa I: una vez nucleada una grieta, entonces se propaga muy lentamente y, en metales policristalinos, a lo largo de planos cristalográficos de tensión de cizalladura alta; las grietas normalmente se extienden en pocos granos en esta fase.
• Etapa II: la velocidad de extensión de la grieta aumenta de manera vertiginosa y en este punto la grieta deja de crecer en eleje del esfuerzo aplicado para comenzar a crecer en dirección perpendicular al esfuerzo aplicado. La grieta crece por un proceso de enromamiento y agudizamiento de la punta a causa de los ciclos de tensión.
Rotura
Al mismo tiempo que la grieta aumenta en anchura, el extremo avanza por continua deformación por cizalladura hasta que alcanza una configuración enromada. Se alcanza una dimensióncrítica de la grieta y se produce la rotura.
La región de una superficie de fractura que se formó durante la etapa II de propagación puede caracterizarse por dos tipos de marcas, denominadas marcas de playa y estrías. Ambas indican la posición del extremo de la grieta en diferentes instantes y tienen el aspecto de crestas concéntricas que se expanden desde los puntos de iniciación. Las marcas de playason macroscópicas y pueden verse a simple vista.
Las marcas de playa y estrías no aparecen en roturas rápidas.
Velocidad de ampliación de las grietas

Los resultados de los estudios de fatiga han mostrado que la vida de un componente estructural puede relacionarse con la velocidad de crecimiento de la grieta. La velocidad de propagación de la grieta es una función del nivel de tensión y de laamplitud de la misma.

Dónde:
• A y m son constantes para un determinado material
• K Factor de intensidad de tensiones
• pendiente de la curva de velocidad de crecimiento
El valor de m normalmente está comprendido entre 1 y 6.

o bien

Desarrollando estas expresiones a partir de gráficas generadas por ellas mismas, se puede llegar a la siguiente ecuación:

Dónde:
•...
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