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Unidad 3: Diseño por resistencia a la fatiga
FATIGA DE MATERIALES
El fenómeno por el cual los materiales pierden resistencia cuando están sometidos a
cargas variables, se denomina, FATIGA.
El Diagrama σ-N
La curva que denota la pérdida de resistencia de una pieza con el número de ciclos de
trabajo que debe soportar, es la curva de Whöler:

La figura anterior corresponde a un materialacero. Como se puede comprobar en la
figura, a partir de 106 ciclos el límite a fatiga del acero no varía, con lo cual se dice que su
vida es infinita si no supera ese valor de tensión. Para otros materiales, la forma y los
valores de la gráfica son diferentes. Por ejemplo, para aluminio o plásticos no hay un valor
de tensión para vida infinita sino que decrece con el número de ciclos.
Fatiga enciclos bajos
La fatiga en ciclos bajos ocurre antes de 1000 ciclos de aplicación de la carga. La fatiga
en ciclos bajos se produce cuando hay zonas con deformación plástica. La fatiga
comienza con una deformación plástica en torno a una grieta o defecto superficial. La
fatiga a ciclos bajos puede darse por ejemplo, cuando una máquina está sometida a una
sobrecarga extraordinaria en algunasfases de su vida.
El SAE Fatigue Design and Evaluation Steering Committee emitió un informe en el cual se
relacionan la amplitud de la deformación con la duración en ciclos hasta la rotura. Fuchs y
Stephens recomiendan una simplificación para una estimación de cara al diseño. La
ecuación es:
3.5 ⋅ σ u ⎛ ε F ⎞
Δε =
⎜ ⎟
E ⋅ N 0.12 ⎝ N ⎠
El incremento de deformación local, debe obtenerse pormedición o por cálculo por
Elementos Finitos.
0.6

Fatiga en ciclos altos
A partir de 1000 ciclos de aplicación de las cargas, se denomina fatiga en ciclos altos. El
diagrama log-log σ-N, para esta región y material acero se representa en la figura
siguiente:

Se

El valor Se, es el límite a fatiga de la pieza para vida infinita, y es el valor límite que se
debe considerar si la piezava a estar sometida a una vida superior a 106 ciclos.
Determinación experimental del límite de fatiga
Una probeta se hace girar por medio de un motor, mientras se le aplica una carga
conocida. La probeta queda sometida a una flexión alternante, que se traduce en que un
punto cualquiera de la probeta queda sometido a un ciclo de cargas que va de tracción a
compresión. Esto produce fisuras quese van propagando lentamente, reduciendo el área
hasta un punto tal en que la probeta no pueda resistir la carga aplicada y se rompe.
Las siguientes figuras, muestran la máquina empleada para el ensayo y la forma y
dimensiones de la probeta empleada.

Máquina para Ensayo de Fatiga y Probeta Estandarizada

Variando el peso aplicado en el ensayo, y anotando la cantidad de ciclos que laprobeta
resistió antes de romperse, se puede obtener el gráfico que se indica a continuación.

Diagrama de Fatiga

La curva es decreciente hasta el millón de ciclos, luego de los cuales la probeta no se
rompe. Esta carga que no logra romper la probeta, es la carga de vida infinita y el
esfuerzo que provoca es el llamado límite de resistencia a la fatiga, Se. Este valor Se, se
utiliza paradiseñar elementos sometidos a cargas fluctuantes para vida infinita.
En general de las experiencias de fatiga en acero y aluminios, Se tiene la forma:

⎧ 0.5 ⋅ σ u σ u ≤ 1400Mpa
Se = ⎨
⎩750 Mpa σ u > 1400Mpa
Factores que modifican el límite a fatiga
El límite a fatiga Se (teórico), se obtiene en ensayos de laboratorio con probetas y
características determinadas (viga rotatoria, pulida, etc.).Las piezas reales no cumplen
estas características, por lo que su límite de fatiga es diferente y por tanto, dicho límite,
debe ser modificado. Marín propone utilizar unos coeficientes multiplicativos, de la forma:
Sec =Ka* Kb* Kb* Kd* Ke* Se
Se:
Sec:
Ka:
Kb:
Kc:
Kd:
Ke:
etc.)

Límite de resistencia a fatiga teórico
Límite de resistencia a fatiga para vida infinita, corregido...