Diseño por fatiga

Diseño Mecánico I Falla por Fatiga

Prof. Fernando Castillo Balboa

Fallas por Fatiga
• La falla se produce sin aviso. • Daña la pieza totalmente. • Ocurre en tres instancias:
1. Se forma microrajaduras debido a los ciclos plásticos de deformación 2. Las microrajaduras aumentan de tamaño y forman rajaduras longitudinales 3. El material remanente no soporta la carga aplicada y se fractura.Ing. Fernando Castillo Balboa 2

Propagación de una Fractura
• La fractura por fatiga comienza en el punto A. Se propaga en la zona B y en la zona C la fractura es muy rápida.

Ing. Fernando Castillo Balboa

3

Causas que causan la fatiga
• La falla por fatiga ocurre por la formación de rajaduras y su propagación. • Los cambios súbitos de áreas de sección • Agujeros, ranuras,chaveteros, etc. • Elementos que se deslizan unos sobre otros, ocasionan daños concentrados bajo la superficie. • Rodamientos, engranajes, levas, etc. • Marcas, rasguños, marcas de herramientas, etc. • Discontinuidades microscópicas del material. • Impurezas, vacios, discontinuidades cristalinas del material y la aleación.
Ing. Fernando Castillo Balboa 4

Ejemplo: leva de Pistón
III I
I: La fatigase disparó cerca del centro de la leva debido a una discontinuidad II: La fatiga crece radialmente hacia el exterior III: El material remanente no es suficiente para resistir la carga y se fractura Nota: La falla desarrollada por fatiga en la parta interior de la leva del pistón no fue posible verla por inspección

II

Ing. Fernando Castillo Balboa

5

Experimento para estimar la duraciónde un material sometido a fatiga
Este método se basa en los resultados experimentales de un expécimen sometido a cargas invertidas, cíclicas de flexión. Los datos del experimento se clasifican en dos categorías: •Ciclo bajo (< 103 ciclos) y ciclo alto (>103 ciclos) •Vida finita (< 107 ciclos) y vida infinita (> 106 ciclos)
El espécimen se pule para darle un acabado superficial con el objetivo deevitar concentración del esfuerzo

Ing. Fernando Castillo Balboa

6

Máquina de ensayo de fatiga

Ing. Fernando Castillo Balboa

7

Ing. Fernando Castillo Balboa

8

Resistencia a la fatiga de materiales

Ing. Fernando Castillo Balboa

9

Factores que modifican el límite de resistencia Se’
El límite de resistencia a la fatiga de un componente se obtiene, al aplicar allímite de resistencia obtenido en el test realizado con el mismo materiale, Se’, una serie de factores que lo modifican.

Se = ka kb kc kd ke kf Se’
Se = límite de resistencia a la fatiga del elemento mecánico Se’= límite de resistencia a la fatiga de la muestra de viga rotatoria ka = factor de superficie kb = factor de tamaño kc = factor de carga kd = factor de temperatura ke = factor deconfiabilidad kf = factor de efectos diversos
Ing. Fernando Castillo Balboa 10

Límite de resistencia a la fatiga de una probeta, Se’

Ing. Fernando Castillo Balboa

11

Factor de acabado superficial, ka
El acabado de la probeta afecta en la duración de la misma.

ka = aSut b

Ing. Fernando Castillo Balboa

12

Factor de tamaño, kb
Para barras redondas en flexión y torsión

Parabarras redondas con cargas axiales no hay efecto, por lo tanto, kb= 1

Ing. Fernando Castillo Balboa

13

Factor de carga, kc

kc = 1 kc = 0.85 kc = 0.59

para carga flexionante para carga axial para carga torsional

Ing. Fernando Castillo Balboa

14

Factor de temperatura, kd
Para muchos materiales, la temperatura afecta al límite de fatiga

El valor de ST es el límite deresistencia a la temperatura de operación y SRT es a la temperatura ambiente.

Ing. Fernando Castillo Balboa

15

Factor por confiabilidad, ke
ke = 1 – 0.08 za

Ing. Fernando Castillo Balboa

16

Factor de efectos diversos, kf
Dentro de los efectos diversos se puede mencionar a la concentración de esfuerzos.

Ing. Fernando Castillo Balboa

17

Factor kt

Ing. Fernando...