Fatiga

Tema III
Teorías de fatiga

Mecánica de materiales – Fatiga

Naturaleza del esfuerzo cíclico
En los capítulos anteriores, para el cálculo de
esfuerzos y deformaciones, se había supuesto
que las cargas eran de un solo ciclo, es decir, que
se aplicaban una sola vez al elemento.
El
comportamiento de los elementos se estudió
entonces mediante conceptos de estática y
propiedades del material para unsolo ciclo. Las
fallas ocurridas debido a cargas de un solo ciclo
son llamadas “fallas estáticas”.

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naturaleza del esfuerzo cíclico

En la realidad la gran mayoría de los elementos
mecánicos o estructurales se someten a cargas
repetidas durante un gran número de ciclos. Las
fallas ocurridas debido a cargas repetidas se
llaman “fallas por fatiga” y estas seobservan casi
siempre despues de un período considerable de
servicio.

Mecánica de materiales – Fatiga

naturaleza del esfuerzo cíclico

Mecánica de materiales – Fatiga

naturaleza del esfuerzo cíclico
La carga de fatiga consiste en la aplicación y
retiro continuos de una carga, en base a la
cantidad de veces que se aplique y retire la carga,
la fatiga se clasifica en “fatiga de bajos ciclos”
(menos de103 ciclos) y fatiga de altos ciclos (mas
de 103 ciclos). Por ejemplo, una fibra particular
sobre la superficie de un eje rotatorio que gira a
1800 RPM, la fibra es esforzada a tensión y a
compresión 1800 veces en un minuto.

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Eje rotatorio sometido a la acción de
cargas de flexión

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naturaleza del esfuerzo cíclico

Cuando unelemento se somete a cargas
fluctuantes, se puede desarrollar una grieta en el
punto de esfuerzo (o deformación) máximo. Los
mecanismos de iniciación de la grieta por fatiga
son muy complicados, sin embargo, desde el
punto de vista de ingeniería, las grietas por fatiga
se inician generalmente en la región del esfuerzo
máximo a tracción

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Formas esquemáticas de fallopor
fatiga para bajos esfuerzos

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Forma esquemática de fallo por fatiga
para altos esfuerzos

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Determinación de la resistencia a la
fatiga
En los ensayos de laboratorio, para obtener
información acerca de la resistencia a la fatiga de
los materiales, se tornean varias probetas
idénticas, las cuales se ensayan en diferentes
intervalosde esfuerzos, hasta que se inicie una
grieta. Por lo general la aparición de una grieta se
mide visualmente, pero se puede determinar
mediante un cambio en el desplazamiento de la
probeta. Con los resultados de estos ensayos, se
puede determinar la resistencia a la fatiga.

Mecánica de materiales – Fatiga

determinación de la resistencia a la fatiga

El dispositivo para ensayos de fatiga masampliamente utilizado es la máquina de viga
giratoria de alta velocidad de R.R. Moore. Esta
máquina somete a la probeta a flexión pura por
medio de pesos. La probeta que se usa se tornea
y se pule muy cuidadosamente, recibiendo un
pulimento final en la dirección axial, para evitar
ralladuras circunferenciales.

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Máquina de viga giratoria de alta
velocidad para ensayosde fatiga
(Maquina de Moore)

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Dimensiones de la probeta

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Fuerza cortante y momento flector a
los que se somete la probeta

V

M

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Esfuerzos en el punto A

Mecánica de materiales – Fatiga

Resultados típicos de un ensayo de
fatiga que muestra el límite de fatiga
de la probeta.

Mecánica demateriales – Fatiga

Resultados típicos de un ensayo de
fatiga para materiales no ferrosos

Mecánica de materiales – Fatiga

Determinación del límite a la fatiga
Uno de los primeros problemas a resolver es el de
saber si existe una relación general entre el límite
a la fatiga y las resistencias obtenidas de un
ensayo simple a la tensión. Cuando se efectúa
una investigación en la que se utilizan...