Materiales

Falla
Se define como el fallo debido a cargas repetitivas que incluye la iniciación y propagación de una grieta o conjunto de grietas hasta el fallo por fractura.
Criterios de medición de falla por fatiga
Muchos elementos de maquinas estan sometidos a cargas variables; el comportamiento de los materiales bajo éste tipo de carga es diferente a aquel bajo cargas estáticas, mientras que unapieza soporta una gran cantidad de carga estática, la misma puede fallar con una carga mucho menor si ésta se repite un gran número de veces. Los esfuerzos variables en un elemento tienden a producir grietas que crecen a medida que éstos se repiten, hasta que se producen la falla total; a éste fenomeno se le denomina “Fatiga”. Por lo tanto, el diseño de elementos sometidos a cargas variables debehacerse mediante una teoría que tenga en cuenta los factores que influyen en la aparición y desarrollo de las grietas , las cuales pueden producir la falla después de cierto número de repeticiones (ciclos) de esfuerzo.
Evolución del análisis de falla por carga variable.
El término “fatiga” fue usado por primera vez por Poncelet en 1839, para describir la situación de falla de los materialessometidos a cargas variables. Debido a que la falla por fatiga tiene apariencia frágil, se pensaba que el material se había “cansado” y echo fragil despues de soportar un cierto número de fluctuaciones de esfuerzo. Similiarmente, en 1843, Rankine publicó un estudio sobre las causas de la ruptura inesperada en los muñopnes de los ejes de ferrocarril ( de donde viene todo el desenlace de tal estudio) enel cual decía que el material dúctil se había cristalizado y echo frágil debido a las fluctuaciones de los esfuerzos.
Finalmente en 1870 despues de 12 años de investigación sobre las fallas por fatiga, el ingeniero alemán August Wohler publicó los resultados de su estudio, en el cual se mostraba como “culpable” de la falla al número de ciclos de esfuerzos.
Que es una carga variable
Lascargas variables son aquellas de aplicación prácticamente instantánea, lo cual no deja margen temporal para el reacomodamiento, siendo éste el motivo de la separación de los cristales en aquellos lugares donde hay menor cohesión intercristalina, generando el inicio de una microfisura, la cual por efecto de concentración de tensiones producida por la microentalla, crea en esa zona un incremento detensiones que va aumentando rápidamente la fisura hasta que la secciópn no puede soportar la carga produciéndose en ese instante la rotura o fractura de la pieza.
Mecanismo de falla por fatiga.
La fatiga es la falla de un material sometido a cargas variables, despues de ciertos número de ciclos de carga. La estimación se realiza reduciendo los datos de carga a una secuencia de picos y valles,contando los ciclos y calculando la vida a fatiga. Para realizar un análisis a Fatiga o de durabilidad, se debe proporcionar información específica para el análisis de fatiga; los fallos por fatiga se producen en tres etapas:
Etapa 1(Iniciación de Grietas): Una o más grietas se desarrollan en el material. Las grietas pueden aparecer en cualquier punto del material pero en general ocurren alrededorde alguna fuente de concentración de tensión y en la superficie exterior donde las fluctuaciones de tensión son más elevadas. Las grietas pueden aparecer por muchas razones: imperfecciones en la estructura microscópica del material, ralladuras, arañazos, muescas y entallas causados por las herramientas de fabricación o medios de manipulación. En materiales frágiles el inicio de grieta puedeproducirse por defectos del material (poros e inclusiones) y discontinuidades geométricas.
Etapa 2(Propagación): Alguna o todas las grietas crecen por efecto de las cargas. Además, las grietas generalmente son finas y de difícil detección, aun cuando se encuentren próximas a producir la rotura de la pieza.
Eetapa 3 (Fractura): La pieza continúa deteriorándose por el crecimiento de la grieta...