Tercnico

INTRODUCCION FALLA POR FATIGA
Hasta ahora se han estudiado tanto el análisis de esfuerzos como el diseño de elementos sometidos a cargas estáticas, es decir, cargas que no varían en el tiempo. Sin embargo, el comportamiento de las piezas cuando están sometidas a cargas variables en el tiempo es completamente diferente y por ello es necesario hacer el estudio de dicho comportamiento de tal maneraque los elementos diseñados resistan con seguridad tales cargas. El estudio de la fatiga es un tópico muy importante dentro de la Ingeniería Mecánica pues muchos de los elementos de máquinas son sometidos durante el trabajo a esfuerzos quedarían cíclicamente en función del tiempo. Como ejemplos se pueden mencionar las partes de un mecanismo de biela-manivela de un motor de combustión interna(Fig. 3.1), las cuales se encuentran solicitadas por fuerzas que varían periódicamente. La ley de variación de estas fuerzas se determina a partir del análisis de la variación de presión al interior del cilindro, así como del análisis cinemático del mecanismo. Otro ejemplo es el de los ejes retransmisión de una caja reductora de velocidades (Fig. 3.2), en los cuales los esfuerzos debidos a flexión soncíclicos aun cuando las cargas exteriores son constantes en el tiempo.

Fig.2 Sección de una caja reductora de velocidades. Fig.2 Sección de un motor de combustión
Interna.
FALLA POR FATIGA
Hay casos en que se analizan elementos de máquinas que han fallado bajo la acción de esfuerzosrepetidos o variados en el tiempo. Un análisis correspondiente de falla muestra que los esfuerzos máximos reales estaban por debajo del esfuerzo máximo o de rotura del material, o lo que es aún más sorprendente, por debajo del esfuerzo de fluencia. El común denominador de estas fallas es que los esfuerzos fluctuaron en el tiempo. A este tipo de falla se le denomina falla por fatiga.
En un principiose pensó que este tipo de falla estaba relacionada con una variación de la estructura cristalina debido a la acción de cargas variables y por ello recibió el nombre de fatiga. Sin embargo, investigaciones posteriores han determinado que en el progreso de una falla por fatiga no se produce variación de la estructura del metal. A pesar de ello se ha mantenido por tradición el nombre de fatiga paraeste fenómeno. La falla por fatiga tiene un inicio de carácter local. Ella comienza con una grieta microscópica que no es posible de percibir a simple vista. Es más, aun utilizando técnicas de inspección como rayos X o ultrasonido es muy difícil localizar dichas micro grietas. Normalmente estas grietas se originan en puntos de discontinuidad del material, tales como un cambio brusco de sección, uncanal, un orificio o hasta en alguna irregularidad causada por el maquinado, lo cual produce, como se vio en el anterior capítulo, concentración de esfuerzos. Una grieta puede también originarse al interior del material en una dislocadura intercristalina, por ejemplo, o en una irregularidad causada por el proceso de fabricación. Una vez formada una grieta, el esfuerzo variable la hace crecer ycon ello aumenta su efecto concentrador de esfuerzos. Al crecer la grieta disminuye el área que soporta el esfuerzo y ello conlleva al crecimiento del esfuerzo neto. En algún momento el área ha disminuido tanto que ya no es capaz de soportar el esfuerzo y se rompe bruscamente. En la figura 3.3 se muestran tres ejemplos diferentes de sección fracturada por fatiga.

En todos los casos se puede verque hay dos zonas marcadamente diferentes: una zona lustrosa producida para la expansión de la grieta, la cual empezó en una zona de concentración de esfuerzos provocada por el canal chavetera, y la otra zona áspera, similar la que presenta una fractura de material frágil, como el hierro fundido, bajo carga estática. Generalmente se puede apreciar claramente la dirección del desarrollo de la...