Propiedades mecánicas

I. INTRODUCCIÓN

Las propiedades mecánicas describen el comportamiento de un material sometido a fuerzas mecánicas. Los materiales que se emplean en aplicaciones de soporte de carga se llaman materiales estructurales, y pueden ser metales, cerámicas polímeros o materiales compuestos. El proceso de seleccionar un material para una aplicación es difícil; normalmente implica considerar variosmateriales candidatos, cuyas propiedades mecánicas bajo determinado conjunto de condiciones de funcionamiento y restricciones de costo se comparar, para llegar a la elección óptima.

En el estudio de los materiales en servicio, como componentes de órganos de máquinas o estructuras, debe tenerse en cuenta que las solicitaciones predominantes a que generalmente están sometidos no resultan estáticasni cuasi estáticas, muy por lo contrario en la mayoría de los casos se encuentran afectados a cambios de tensiones, ya sean de tracción, compresión, flexión o torsión, que se repiten sistemáticamente y que producen la rotura del material para valores de la misma considerablemente menores que las calculadas en ensayos estáticos. Este tipo de rotura que necesariamente se produce en el tiempo, sedenomina de fatiga aunque es común identificarla como roturas por tensiones repetidas, tensiones que pueden actuar individualmente o combinadas.

En general los ensayos de fatiga se clasifican por el espectro de carga- tiempo, pudiendo presentarse como:
- Ensayos de fatiga de amplitud constante.
- Ensayos de fatiga de amplitud variable.

I.1 Ensayos de fatiga de amplitud constante.
Losensayos de amplitud constante evalúan el comportamiento a la fatiga mediante ciclos predeterminados de carga o deformación, generalmente senoidales o triangulares, de amplitud y frecuencia constantes. Son de ampliación en ensayos de bajo como de alto número de ciclos, ponderan la capacidad de supervivencia o vida a la fatiga por el número de ciclos hasta la rotura (inicio y propagación de la falla) yla resistencia a la fatiga por la amplitud de la tensión para un número de ciclos de rotura predeterminado. Es usual denominar como resistencia a la fatiga a la máxima tensión bajo la cual el material no rompe o aquella que corresponde a un número preestablecido de ciclos según los metales o aleaciones.
A este respecto la norma ASTM E define como limite de fatiga a la tensión que corresponde aun número muy elevado de ciclos.

I.2 Ensayo de fatiga de amplitud variable.
En fatiga, cuando la amplitud del ciclo es variable, se evalúa el efecto del daño acumulado debido a la variación de la amplitud del esfuerzo en el tiempo. Son ensayos de alto número de ciclos con control de carga, que según el espectro de carga elegido serán más o menos representativos de las condiciones deservicio.

I.3 Fatiga De Alto Numero De Ciclos.
Los espectros carga - tiempo de los ensayos de amplitud constante surgen de semejar el ciclo de carga a funciones continuas simples, normalmente senoidales. En general cualquiera que resulte el ciclo del esfuerzo aplicado podrá considerárselo como resultante de uno constante o estático, igual al valor medio de la carga (σm), y de otro variable deamplitud constante (σa) senoidal puro.

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Los parámetros que definen o identifican al ciclo, resultan:
Tensión media . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . σm = (σ1 + σ2 ) / 2
Amplitud de tensión o alternancia . . . . . σa = (σ1 - σ2) / 2
Relación de amplitud o de tensiones. . . .R = σ2 / σ1

Según el dibujo anterior se denominan.

a)  a y b) Alternados: Se generan cuando lastensiones cambian de signo alternativamente. El caso más común y simple, es aquel en que la tensión máxima positiva (σ1) es igual a la mínima (σ2), obteniéndose un ciclo denominado alternado simétrico, figura a.
σa = σ1 = -σ2 R = -1

Cuando las tensiones se presentan de distinto signo y valor, figura b, el ciclo será alternado asimétrico.
σm < σa 0 < R < -1
c)...