Conocer el comportamiento a la fatiga de materiales polímeros y CMP.

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Objetivo:

• Conocer  el comportamiento a la fatiga de materiales polímeros y CMP.

Desarrollo:

El fallo por fatiga de algunos polímeros ha sido descrito por dos vías diferentes: fallo por fatiga térmica y fallo por fatiga mecánica. La primera conlleva un ablandamiento térmico en el que material fluye con facilidad precediendo a la propagación de la fisura que conduce al fallo.

Para la fatiga térmica, el desfase presenta un pico, correspondiendo con la Tg, y posteriormente un crecimiento continuo hasta la rotura. Este crecimiento será más rápido al aumentar la solicitación.

En los casos de fatiga mecánica, el desfase es creciente hasta que se produce el fallo final, salvo en el caso de menor tensión en el cual el desfase se estabiliza totalmente, llegando incluso a decrecer.

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Ilustracion1: Diagrama de Wholler

De acuerdo al progreso en el número de ciclos de carga variable aplicada sobre un material polimérico, su temperatura aumenta y se aproxima a una crítica de ablandamiento, característica de cada polímero termoplástico. En estas condiciones, que se alcanzan a partir de un determinado nivel de esfuerzos, dependiente de la frecuencia utilizada, el material se torna demasiado débil y blando, pudiendo la solicitación aplicada superar la resistencia del material y producir su rotura. Sin embargo, cuando se aplican niveles de esfuerzos inferiores, la rotura de los materiales se produce tras un proceso de propagación estable de fisuras por fatiga, no habiéndose registrado en esta ocasión elevadas temperaturas en el seno de los mismos.

En los polímeros el  comportamiento a la fatiga es generalmente sensible a:

• la temperatura.
• la frecuencia.
• medio ambiente.

Medición tradicional.-  del número de ciclos hasta la rotura (N) como una función de la carga fluctuante o el estrés (S), es decir, S - N. La " Carga " que se controla es el mínimo y la máxima fuerza o desplazamiento en tensión o flexión. Las fluctuaciones tienen una cierta frecuencia y la forma de onda.

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Ilustracion2: Amplitud del estrés versus curvas de ciclos hasta el fallo en polímero

El segundo enfoque para el tratamiento de la fatiga de plásticos es la propagación de grietas cíclico. El uso de mecánica de la fractura de fatiga cíclica implica la medición de la cantidad de crecimiento de la grieta por ciclo como una función del factor de intensidad de tensiones

En estos estudios de fatiga han mostrado que la vida de un componente estructural puede relacionarse con la velocidad de crecimiento de la grieta. La velocidad de propagación de la grieta es una función del nivel de tensión y de la amplitud de la misma.

• La intensidad de tensión:

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• Función f(α) del Factor de Intensidad:

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• B es el espesor de la pieza

• W es el ancho
• α es el ángulo de la grieta

Fatiga Térmica

Se induce normalmente a temperaturas elevadas debido a tensiones térmicas fluctuantes; no es necesario que estén presentes tensiones mecánicas de origen externo. La causa de estas tensiones térmicas es la restricción a la dilatación y o contracción. La magnitud de la tensión térmica resultante debido a un cambio de temperatura depende del coeficiente de dilatación térmica y del módulo de elasticidad. Se rige por la siguiente expresión:

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