Falla Por Fatiga

TERORIAS DE FALLA POR FATIGA

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TEORÍAS DE FALLA ESTÁTICA
En piezas de maquinaria se considera que su falla ocurre cuando se deforma o cede bajo la aplicación de cargas estáticas. Se plantean tres teorías básicas para explicar esta falla: La teoría del esfuerzo normal máximo La teoría del esfuerzo cortante máximo La teoría de la energía dedeformación máxima La teoría del esfuerzo normal máximo Establece que la pieza va a fallar cuando se alcance en la pieza un esfuerzo axial mayor que la resistencia máxima del material Sy o Sut dependiendo de si es frágil o dúctil. Esta es aplicable principalmente para materiales frágiles. Los planos de falla resultan ser los planos principales, los cuales se pueden obtener con las herramientas delCírculo de Mohr.

figura 1 Conviene entonces, calcular el esfuerzo axial máximo Sigma1 o Sigma2 y compararlo con Sy o Sut. Se tiene la fórmula Sut/Sigma1 = FSC. En la figura 1 se observa una representación gráfica de esta teoría. La teoría del esfuerzo cortante máximo Esta teoría establece que la pieza falla por que se elevan los esfuerzos cortantes en la pieza hasta un nivel que provocan lafluencia del material. Del Círculo de Mohr, se tiene que el cortante máximo se obtiene de (Sigma1-Sigma2)/2 o con el cálculo del radio del círculo con √((sigmax-sigmay)/2)^2 + tauxy^2.

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Conviene entonces, calcular el esfuerzo cortante máximo taumax = r del círculo y compararlo conSy/2 . Se tiene la fórmula (Sy/2*taumax) = FST. La teoría de la energía de deformación máxima Esta teoría establece que la falla provendrá cuando se alcance la máxima enenrgía de deformación en la pieza que sea igual a la que se tendría en una probeta de tensión en el instante de la falla. Esta se obtiene con:

Donde en el estado plano Sigma3 es cero y en el estado unidimensional de la pruebade tensión sigma 2 es cero. Para el estado plano se tiene entonces la ecuación:

En la figura2 se observa una comparación entre estas dos últimas teorías. Se aprecia que la teoría de Tresca es más conservadora que la de Von Mises.

figura2 En la figura 3 se presenta una comparación gráfica de las tres teorías mencionadas

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Figura 3

TEORIAS DE FALLA POR FATIGA
Fatiga de materiales, deterioro progresivo de los metales que termina produciendo su rotura. La fatiga se produce cuando se aplica un esfuerzo repetitivo al metal. La deformación de un material o un objeto como resultado del esfuerzo se denomina fluencia. El esfuerzo de fatiga de una aleación corriente deacero es de alrededor de un 50% del esfuerzo límite y de un 75% del esfuerzo elástico, pero puede ser mucho menor en el caso de los aceros más duros tratados térmicamente. Si el esfuerzo elástico de una viga de metal es por lo general 450.000 N, puede resistir durante siglos un esfuerzo continuo de unos 410.000 N sin que se produzca una deformación apreciable. Un esfuerzo de 360.000 N aplicado yeliminado de forma cíclica podría causar un defecto por fatiga tras millones de aplicaciones. La fatiga no resulta relevante en estructuras de ingeniería civil, en las que el esfuerzo es continuo, pero las piezas de un motor que gira a 3.000 revoluciones por minuto pueden recibir un esfuerzo varios millones de veces en pocas horas. Los fallos producidos por la fatiga constituyen la mayoría de losdaños estructurales que se producen en aparatos con funcionamiento cíclico, como por ejemplo los motores. Los ingenieros de diseño deben tener en cuenta el esfuerzo de fatiga de una máquina, en lugar del esfuerzo elástico o el esfuerzo límite. La fatiga de los metales es un problema conocido desde la II Guerra Mundial y que tiene mucha importancia en la industria del transporte aéreo. El aumento de...