Circuitos Electricos

Universidad De Sonora.

Unidad Regional Centro

División de Ingeniería

Ingeniería Mecatrónica.

Diseño de Elementos Mecánicos.

Sobre Falla por fatiga

Profesor: Jesús Manuel Maytorena.

Alumno: Rascón Espinoza Luis Carlos.

Quintero Padilla Ramón Alfredo

Edificio 5G Aula 201.

Hermosillo Sonora a Lunes 06 de abril de 2015.

Introducción.

Los esfuerzos sobre los materiales y elementos mecánicos en la realidad es diferente a las condiciones en las que se estudian y analizan en una clase, por el hecho de que en la realidad lo más común es que se combinen varios esfuerzos ejercidos en un mismo elemento, en diferentes momentos, posiciones y condiciones por lo que el elemento lo más común es que esté sometido a esfuerzos variables, repetidos, alternantes o fluctuantes.

Estos esfuerzos generan que el material falle en determinado tiempo o número de veces en las que ha sido sometido a estos esfuerzos. Lo interesante en este tema es que al momento en el que el material falle puede ser que nunca haya alcanzado o sobrepasado sus esfuerzos máximos y que siempre hayan estado por debajo de los límites de resistencia última del material y con mucha frecuencia por debajo del límite de fluencia. La característica más distintiva de la falla por fatiga es precisamente este, la falla es producida por las constantes repeticiones de los esfuerzos.

Una deformación plástica en nivel macroscópico es también encontrada en las superficies de falla. Una fractura frágil en los metales es caracterizada por una gran velocidad de propagación de la grieta, con pequeña deformación plástica, mismo en un nivel microscópico. Un metal puede tener una ruptura dúctil o frágil, dependiendo de la temperatura, estado de tensiones y velocidad del cargamento.

Para simplificar el desarrollo vamos a restringir a un cargamento estático de tracción, que lleva a la ruptura. En este punto deben ser dejados bien claros los conceptos de fractura frágil y de fractura dúctil.

Esto se debe a la necesidad de diferenciar una clasificación que pueda ser en cuanto al aspecto macroscópico de la fractura, o cuanto al mecanismo metalúrgico involucrado, enseguida en el aspecto microscópico.

Las fallas por fatiga tienen la desventaja de no generar señales de que se va a producir un fallo en el material o elemento sometido, por ende esta falla es repentina, total y muy peligrosa si se descuida o ignora.

Una falla por fatiga tiene una apariencia similar a la fractura frágil, dado que las superficies de la fractura son planas y perpendiculares al eje del esfuerzo con la ausencia de adelgazamientos. Sin embargo las características de la falla por fatiga con respecto a la fractura frágil son muy diferentes y estas se presentan en tres etapas:

Etapa 1: En esta etapa todo comienza, con la generación de microgrietas debido a la deformación plástica, después se presenta una curiosa característica que es la propagación cristalográfica de algunos granos en las proximidades de estas microgrietas. Lo más común que las fracturas en esta etapa no se detecten.

Etapa 2: Las microgrietas aumentan su tamaño generando así cierto tipo de relieves en direcciones de las fuerzas aplicadas.

Etapa 3: En esta etapa se presentan durante los esfuerzos finales cuando el material que está en buen estado no puede soportar más y falla por medio de una fractura súbita y rápida la cual puede ser frágil o dúctil o una combinación de ambas.

En diferentes condiciones se puede acelerar la falla por fatiga, entre los más comunes son:

Temperaturas elevadas.

Ciclos de temperaturas.

Un entorno corrosivo.

Ciclos de alta frecuencia.

Concentración de esfuerzos.

La concentración de esfuerzos es ocasionada por los cambios abruptos en la geometría del material, que puede ser por filetes y orificios generalmente; si se barrena un agujero en una placa sometida a tensión, el esfuerzo presente en el elemento es constante siempre y cuando se mida a una distancia apreciable del agujero, pero el esfuerzo tangencial en el borde del agujero se vería incrementando considerablemente.

En el diseño por concentración de esfuerzos debido a la posibilidad de fallas por fatiga, las concentraciones de esfuerzos adquieren gran importancia cuando el miembro está sometido a carga repetida. Como se explicó antes, las grietas comienzan en el punto de mayor esfuerzo y luego se difunden de manera gradual por todo el material al repetirse la carga. En un diseño práctico, se considera que el límite de fatiga es el esfuerzo último para un material cuando el número de ciclos es extremadamente grande. El esfuerzo permisible se obtiene aplicando un factor de seguridad con respecto a este esfuerzo último.

El esfuerzo pico en la concentración de esfuerzos se compara luego con el esfuerzo permisible. En muchas situaciones, el uso del valor teórico pleno del factor de concentración de esfuerzos es demasiado grave.

Por lo general las pruebas de fatiga en probetas con concentraciones de esfuerzos producen fallas a niveles superiores al esfuerzo nominal que obtenidos dividiendo su límite de fatiga entre la constante de concentración de esfuerzos (K). En otras palabras, un miembro estructural bajo carga repetida no es tan sensible a la concentración de esfuerzos como lo indica el valor de K; en consecuencia, se suele usar entonces un factor reducido de concentración de esfuerzos.

Otros tipos de cargas dinámicas, como las cargas de impacto, también requieren considerar los efectos de la concentración de esfuerzos. A menos que se disponga de mejor información, deberá usarse el factor pleno de concentración de esfuerzos.

Los miembros sometidos a bajas temperaturas también son muy susceptibles a fallas por concentración de esfuerzos y, por lo tanto, deberán tomarse precauciones especiales

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