σ max = S y σ máx << S y TIPOS DE ESTUDIOS Módulo Dirección Sentido Punto de aplicación Constantes en el tiempo

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1 Fenóeno de Fatiga 1 TIPO DE ETUDIO Módulo Dirección entido Punto de aplicación Constantes en el tiepo Análisis estático / Resistencia de ateriales Módulo Dirección entido Punto de aplicación Variables a lo largo del tiepo Análisis dináico FATIGA Fenóeno de Fatiga 2 F Falla t F constante ax y t F variable áx << y

2 Fenóeno de Fatiga 3 CARACTERÍTICA DE LA ROTURA POR FATIGA Origen Deecto del aterial Punto de concentración de tensiones Fenóeno de Fatiga 4 APECTO DE UNA ROTURA POR FATIGA Condiciones de trabajo del eleento Inoración Fora de rotura del eleento Eje de transisión Muelle

3 Fenóeno de Fatiga 5 CARACTERÍTICA DE LA ROTURA POR FATIGA Rotura repentina sin deoración Líite uy por debajo del líite de luencia MÉTODO DE DETECCIÓN DE MICROGRIETA Líquidos penetrantes Isótopos radioactivos Ultrasonidos Propiedades agnéticas de los eleentos Otros étodos Fenóeno de Fatiga 6 CARGA VARIABLE. DEFINICIÓN DE PARÁMETRO ax + 2 in a ax 2 in in tensión ínia. ax tensión áxia. a aplitud de la tensión. Tensión alternante. tensión edia

4 Fenóeno de Fatiga 7 TIPO DE CARGA VARIABLE Fenóeno de Fatiga 8 DIAGRAMA DE FATIGA ( N ) Rotura del eleento para tensiones áxias uy por debajo de la resistencia últia o de luencia Cuál es la resistencia real del eleento soetido a cargas variables? ENAYO DE VIGA ROTATORIA Probeta que gira con carga constante de lexión (Tensiones alternantes) Relación entre carga líite y núero de ciclos DIAGRAMA DE FATIGA ( N)

5 Fenóeno de Fatiga 9 El daño por atiga es acuulativo 1. Esuerzo de lexión que origine una tensión igual a la resistencia últia del aterial 2. e disinuye el esuerzo y se apunta N del allo 3. e repite el proceso al enos 8 veces N DIAGRAMA DE FATIGA ( N) Fenóeno de Fatiga 10 DIAGRAMA DE FATIGA ( N) PARA MATERIALE FÉRREO (ENAYO DE VIGA ROTATORIA) log a 0,9 TENIÓN O REITENCIA A FATIGA Miso coportaiento que rente a cargas estáticas. Mínia reducción de la resistencia Reducción brusca de la resistencia al auentar el núero de ciclos Líite de atiga sin corregir e Valor de la tensión por debajo de la cual la duración de la probeta es ininita ( no roperá nunca a no ser que se odiique el esuerzo) CICLO BAJO CICLO ALTO VIDA INFINITA CICLO CICLO log N CICLO

6 Fenóeno de Fatiga 11 Líite de resistencia a atiga sin corregir (e ) FUNCIÓN DE Tipo de aterial Núero de ciclos transcurridos El daño por atiga es acuulativo Fenóeno de Fatiga 12 Cóo se obtiene el valor de e? Bibliograía, Ensayos anteriores, etc. Aproxiaciones: Hierros y aceros orjados. e 0.5 e 700 MPa 1400 MPa 1400 MPa Aceros colados.

7 Fenóeno de Fatiga 13 Ensayo viga rotatoria (tensiones alternantes) Pieza real soetida a tensión alternante con tensión edia nula Pieza real soetida a tensión alternante y tensión edia no nula Fenóeno de Fatiga 14 Pieza real soetida a tensión alternante con tensión edia nula log a 0,9 Adaptación al eleento real. e: Líite de resistencia a atiga corregido e EC MARIN e ( 0) CICLO BAJO CICLO ALTO VIDA INFINITA CICLO CICLO CICLO log N CICLO

8 Fenóeno de Fatiga 15 ECUACIÓN DE MARIN. FACTORE MODIFICATIVO DEL LÍMITE DE FATIGA e Π K i i e ' Coeicientes de Marin (Obtenidos experientalente) Ka: Factor de acabado supericial Kb: Factor de taaño Kc: Factor de coniabilidad Kd: Factor de teperatura Ke: Factor de concentración de tensiones K: Factor de eectos diversos Fenóeno de Fatiga 16 Ka: FACTOR DE ACABADO UPERFICIAL Ensayo de viga rotatoria Pieza real Probeta pulida con puliento ino en dirección axial Peor acabado supericial e Mayor rugosidad en la supericie que produce un enóeno de concentración de tensiones

9 Fenóeno de Fatiga 17 Ka: FACTOR DE ACABADO UPERFICIAL Ka es unción de Calidad del acabado supericial Resistencia últia del aterial ( u e) K a a b en MPa!!! Acabado supericial Coeiciente a Exponente b ( MPa) Pulido 1 0 Acabado ino (eserilado, rectiicado, ) Mecanizado sin acabar/estirado en río Lainado en caliente Forjado Fenóeno de Fatiga 18 Ka: FACTOR DE ACABADO UPERFICIAL Ka para el ACERO

10 Fenóeno de Fatiga 19 Ensayo de viga rotatoria Kb: FACTOR DE TAMAÑO Pieza real Probeta sección circular, diáetro noralizado (7,5 12,5 ) ECCIÓN CIRCULAR / DIÁMETRO DIFERENTE Flexión / Torsión K K b b d ( ) d d () d() 250 Carga axial K b 1 Fenóeno de Fatiga 20 Kb: FACTOR DE TAMAÑO Pieza real ECCIÓN NO CIRCULAR Misas ecuaciones d de (Diáetro eectivo) Diáetro de una probeta de sección circular soetida a lexión rotatoria, que tenga un área de 95% del esuerzo igual al área de 95% del esuerzo de la sección considerada

11 Fenóeno de Fatiga 21 Kb: FACTOR DE TAMAÑO ECCIÓN NO CIRCULAR (Ejeplo: ección rectangular) Diáetro de una probeta de sección circular soetida a lexión rotatoria, que tenga un área de 95% del esuerzo igual al área de 95% del esuerzo de la sección considerada ección de viga rotatoria A π [ d - (0,95 d) ] 0,0766 0,95 d (I) ección rectangular h x b A, 95 0,05 h b (II) 0 (I) (II) d 2 e 0,808 (h b) 1 Fenóeno de Fatiga 22 Kc: FACTOR DE CONFIABILIDAD Datos según una distribución noral Coniabilidad Factor de coniabilidad K c

12 Fenóeno de Fatiga 23 Kd: FACTOR DE TEMPERATURA La teperatura odiica las propiedades ecánicas de los ateriales Algunos ateriales a altas teperaturas no tienen líite de atiga (aleaciones de aluinio) K d 1 K d (T-450) T 450 C 450 C T 550 C Fenóeno de Fatiga 24 Ke: FACTOR DE CONCENTRACIÓN DE TENIONE Agujeros Ranuras Chavetas Muescas Discontinuidades Otros Concentración de tensiones Materiales dúctiles: Estudios de atiga Materiales rágiles: Fatiga y estudios estáticos

13 Fenóeno de Fatiga 25 Ke: FACTOR DE CONCENTRACIÓN DE TENIONE Cálculo de Ke K e R 1 q R 1 K 1 t Factor de reducción de la resistencia en caso de atiga liite de atiga de probetas sin discontinuidad / liite de atiga de probetas con discontinuidad. Factor de concentración de tensiones teórico Factor de sensibilidad a las ranuras Depende del aterial Fenóeno de Fatiga 26 Ke: FACTOR DE CONCENTRACIÓN DE TENIONE Cálculo de Ke q (ensibilidad a las ranuras) R q(k t 1) + 1 Kt (Factor de concentración de tensiones teórico) K e 1 R

14 Fenóeno de Fatiga 27 q (Factor de sensibilidad a las ranuras) ensibilidad a las ranuras. Cargas de lexión y axiales alternantes. Para radios de ranura ayores usar valores de q correspondientes a r 4. ensibilidad a las ranuras. Cargas de torsión alternantes. Para radios de ranura ayores usar valores de q correspondientes a r 4. Fenóeno de Fatiga 28 Kt (Factor de concentración de tensiones teórico)

15 Fenóeno de Fatiga 29 K: FACTOR DE EFECTO DIVERO Datos experientales. Los eectos ás recuentes: 1. Eectos residuales o reanentes Operaciones de anipulación (arena, artillado, etc) Esuerzos de copresión en la supericie e 2. Características direccionales operacionales Estirado, lainación, orja e transversal 10% enor que e longitudinal Fenóeno de Fatiga 30 K: FACTOR DE EFECTO DIVERO 3. Teple supericial 4. Eectos de corrosión La corrosión disinuye e (Concentración de esuerzos)

16 Fenóeno de Fatiga 31 K: FACTOR DE EFECTO DIVERO 5. Recubriiento electrolítico En general disinuyen e (croado, niquelado,etc.) 6. Corrosión por apriete (rettage) Moviiento icroscópico en la supericie de piezas ecánicas ó estructuras estrechaente ajustadas ( juntas atornilladas, cojinetes, etc ). Cabio de color en la supericie, picadura y, eventualente, atiga. Fenóeno de Fatiga 32 Eecto del esuerzo edio en la resistencia a la atiga. Tensiones luctuantes a 0 0 > 0 (Tracción) <0 (Copresión) Disinución de la resistencia a atiga (e) e prácticaente no varía

17 Fenóeno de Fatiga 33 Eecto del esuerzo edio en la resistencia a la atiga. Tensiones luctuantes Diagraa de Goodan Un gráico dierente para cada N ciclos Fenóeno de Fatiga 34 Eecto del esuerzo edio en la resistencia a la atiga. Tensiones luctuantes Diagraa de Goodan odiicado Un gráico dierente para cada N ciclos

18 Fenóeno de Fatiga 35 Criterios de allo para Tensiones Fluctuantes Un gráico dierente para cada N ciclos + a + 1 a 1 yt a Goodan oderberg Gerber (n 1) Fenóeno de Fatiga 36 Línea de carga Aa n a A n n a e 1 +

19 Fenóeno de Fatiga 37 Líite de atiga para Tensiones Fluctuantes. Duración Eleento soetido a estado tensional y a. e y u conocidos. ANALÍTICAMENTE + a 1 (Goodan) GRÁFICAMENTE log a 0,9 a e ( 0) CICLO BAJO CICLO ALTO VIDA INFINITA log N 1000 CICLO CICLO CICLO Fenóeno de Fatiga 38 Diagraa representativo de N en unción de a, dada una + a 1 (N, ) (N, 0) + 1 (N, ) (N, 0) 1 log (N, ) - log (N, 0) log log (N, ) log (N, 0) log -

20 Fenóeno de Fatiga 39 Diagraa representativo de N en unción de a, dada una log (N, ) log (N, 0) log - log a 0,9 e ( 0) CICLO BAJO CICLO ALTO VIDA INFINITA log N 1000 CICLO CICLO CICLO Fenóeno de Fatiga 40 Diagraa representativo de N en unción de a, dada una log (N, ) log (N, 0) log - Ciclo Alto Ecuación de la recta para tensión edia nula log a 0,9 0,9 (N, 0) e ( 0) e CICLO BAJO CICLO ALTO VIDA INFINITA log N 1000 CICLO CICLO CICLO 10 3 N 10 6 log( 0,9 ) log 6 3 e log (N,0) log 6 n e 6 n log (N,0) [ log (0,9 ) log e ] log e

21 Fenóeno de Fatiga 41 Diagraa representativo de N en unción de a, dada una log (N, ) log (N, 0) log 6 n log - [ ] (N,0) log (0,9 ) log e + log 6 3 e log (N, 6 n ) 6 3 [ log (0,9 ) log ] e + log e log - N 1000 ciclos 3 log (10, ) log 0,9 ( - ) N ciclos 6 log (10, ) - log e Fenóeno de Fatiga 42 Diagraa representativo de N en unción de a, dada una log (N, ) log (N, 0) log - Ciclo Bajo N 0 ciclos log a 0,9 e ( 0) CICLO BAJO CICLO ALTO VIDA INFINITA CICLO CICLO log N CICLO log (N 0, ) log log - log (N 0, ) log ( - )

22 Fenóeno de Fatiga 43 Diagraa representativo de N en unción de a, dada una log DIAGRAMA -N (DIAGRAMA DE FATIGA) PARA 0 GOODMAN a 0,9 - a 0,9( - ) e TENIÓN O REITENCIA A FATIGA ( 0) EC MARIN e ( 0) ( 0) e ( 0) e ( )/ CICLO BAJO CICLO ALTO VIDA INFINITA CICLO CICLO log N CICLO CICLO

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