resistencia de materiales fatiga












DISEÑO DE ELEMENTOS SOMETIDOS A FATIGA, LÍMITE DE RESISTENCIA A LA FATIGA, RESISTENCIA DE VIDA FINITA. FACTORES QUE MODIFICAN EL LÍMITE DE RESISTENCIA A LA FATIGA







Introducción
El diseño es el proceso para resolver problemas, estos problemas se resuelven por profesionales empleando diversos ensayos y aplicando teoría para una objetiva solución y paradesarrollar piezas con el mayor factor de seguridad posible, por eso es de gran importancia el estudio de algunos fenómenos como lo es la fatiga que son inconvenientes que no se pueden dejar pasar al momento de comenzar a diseñar una pieza.
El fenómeno de fatiga en materiales es el resultado de deformaciones elásticas y elasto-plásticas que se alternan con rapidez y que, en virtud de que el material noes cien por ciento homogéneo, se distribuyen irregularmente a lo largo de todo el volumen de la pieza. La característica más notable de la falla por fatiga es que se produce de manera súbita y total; es decir, no existe una deformación superficial notable como en las fallas por cargas estáticas, que permiten, por inspección visual, programar el reemplazo de componentes mecánicos. Por lo tanto, lasfallas por fatiga son peligrosas. Es común encontrar que las grietas de fatiga se originan en discontinuidades superficiales, debido a que cualquier cambio en la sección produce una concentración de tensiones.









Fatiga
Las piezas mecánicas cuando son sometidas a cargas variables repetidas durante un período prolongado de tiempo se rompen a tensiones considerablemente menores queel límite de rotura del material a carga estática, y según la estadística no menos de 80% de las fallas de elementos mecánicos sometidos a este tipo de cargas están vinculados a los fenómenos de fatiga.
La acción de la fatiga se puede observar en diferentes piezas mecánicas, pero sobre todo en partes móviles como pueden ser: componentes de máquinas rotativas (sometidos a tensiones alternas);resortes (deformados en cantidades variables); alas de aeronaves (sometidas a cargas repetidas); entre otros.
En los estudios de la falla por fatiga se han distinguido las siguientes tres etapas: nucleación, crecimiento o propagación de grieta y por último la ruptura.

Primera etapa o nucleación: durante esta etapa se producen los primeros cambios microestructurales, con un aumento de lasdislocaciones y formación de microfisuras. La iniciación de la grieta ocurre principalmente por el rompimiento de los planos de deslizamientos debido a inversiones repetidas de cargas. Estas inversiones acaban por formar protuberancias o entrantes en la superficie, que terminan por crear una microgrieta. A menudo la microgrieta se detiene debido a la dificultad que presenta en atravesar los bordes degrano, pero si la carga es algo más alta o con un suficiente número de ciclos, ésta reinicia la propagación en el grano adjunto. Las superficies de una fractura por fatiga en esta etapa son presentadas en forma de facetas, y no exhiben las llamadas estriaciones de fatiga.

Segunda etapa: se conoce como propagación. En esta se inicia la formación de fisuras con tamaños similares al tamaño de grano delmaterial, con tendencia a la propagación total de las grietas. Abarca la mayor parte de la duración del proceso de fatiga y se extiende desde el momento en que se produjo la deformación generalizada hasta la aparición de una grieta visible. Las fracturas generadas en esta etapa usualmente exhiben marcas conocidas como estriaciones de fatiga, las cuales son un registro visual de la posición delfrente de grieta durante la propagación de la misma a través del material. En esta etapa de la fatiga, la grieta se propaga una cierta distancia con cada ciclo de esfuerzo. A medida que la carga de tensión es aplicada se produce un deslizamiento a lo largo de los planos orientados favorablemente según la dirección del esfuerzo máximo de corte.

En la etapa de propagación de la grieta sobre...