fatiga

Cálculo de elementos a fatiga
Teoría y métodos

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Teorías de fallo
• Una pieza de una máquina puede fallar por diferentes causas:
–
–
–
–

Deformación elástica o permanente excesiva.
Rotura bajo carga estática o de impacto
Desgaste
D
t
Rotura bajo cargas cíclicas

• Las teorías de fallo estático se han visto en R de Materiales:
R.
– Limitan las tensiones admisibles en undeterminado material en
relación con las propiedades de resistencia del material obtenidas en
un ensayos uniaxial, Sy y/o Su :
•
•
•
•

Teoría de la máxima tensión normal
eo a
a á a te s ó cortante
Teoría de la máxima tensión co ta te
Teoría de Mohr, o Mohr modificado
Teoría de la energía de dispersión, Criterio de von Mises
Elementos de Máquinas, J. Vinolas, Enero 2013

Teorías defatiga
• Teoría clásica:
–
–
–
–

Basada en estudio de tensiones (σ-N)
Elevado número de ciclos (>103)
Fallo
F ll con aparición d grieta
i ió de i t
Gran número de datos disponibles

• Fatiga de bajo número de ciclos
– Basada en estudio de deformaciones (ε,N)
– Cientos o miles de ciclos (máximo)
– Aplicación grandes esfuerzos y/o temperaturas

• Mecánica lineal de la fractura
–Grieta ya iniciada
– Vida: propagación hasta rotura
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Ejemplos de piezas que han fallado a
fatiga
Examples of Metal Fatigue from
The Open University
Component Failure Museum
http://materials.open.ac.uk/mem/mem_mf.htm

Eje
•

This is the classic reverse
bending fatigue of a steel
stub axle from a road
vehicle. N ti cracks
hi l Noticek
have grown from 8 o'clock
upwards and to a lesser
extent from 2 o'clock
downwards. The rough
central region is the final
ductile rupture

Elementos de Máquinas, J. Vinolas, Enero 2013

Tornillo de alta resistencia
•

Steel bolt. This high tensile
steel bolt failed under low
stress high cycle conditions
with a fatigue crack running
from 9 o'clock as shown by the
beach marks. TheSEM image of
the fatigued f
th f ti d surface ( h
(shown
below) is found to have no
striations due to the high yield
strength and high cycle
conditions.

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Bicicleta
•

This
Thi road bike h b
d bik hub
caused the rear wheel
to collapse as 4
spokes pulled out of
the hub flange. It was
a fatigue failure.

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Resorte helicoidal
•

Springs suffer a combination of bending and torsion and fatigue cracks
propagate at right angles to the principal stresses. Hence the fracture surface
is
i complex even at hi h magnification. Th surface morphology i also
l
t higher
ifi ti
The f
h l
is l
influenced by any texture in the drawn wire used in manufacture.

Elementos deMáquinas, J. Vinolas, Enero 2013

Bieletas dirección

•

A batch of 12 forged steel lorry steering arms showed fatigue cracking about 140mm
from one end. Here the polished component in the centre picture shows a typical crack
end
crack.
The manufacturers had omitted the final heat treatment that left the steel's yield stress
30% lower than specified.
–

Image1 shows the steering arms.Image2 shows a close up of the fatigue crack in one arm
arm.
Image3 shows the classic fatigue fracture surface with 'beach' marks and final rough fracture
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Bielas bicicleta

•
•

This pair of cranks have seen considerable service and have suffered
severe pitting and local damage. However this did not end their life. A
fatigue crack caused onecrank to fail and unseat the rider.
A close up showing the fracture surface shows a blackened slow growing
crack that finally triggered a fast fracture. The manufacturers considered
this to be an acceptable product life span and offered no recompense
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Freno bicicleta

•
•

This front brake assembly broke off under braking and severely...