Elemento De Maquinas

RESISTENCIA DE FATIGA

Cuando se diseña un elemento es importante que éste sea seguro para trabajar bajo

condiciones razonablemente previsibles, para lo cual se debe realizar un análisis de esfuerzos donde los valores calculados en el elemento no deben de rebasar el esfuerzo de diseño correspondiente.

El análisis de esfuerzos se puede hacer en forma analítica o experimental, esto depende de

los siguientes factores:

a) Del grado de complejidad del elemento.

b) Del conocimiento de las condiciones de carga.

c) De las propiedades del material.

Los dos últimos factores influyen para la determinación del esfuerzo de diseño, por lo tanto es importante conocer los diferentes tipos de carga de acuerdo a la forma de aplicar la cargacon respecto al tiempo sobre el elemento por diseñar, además de las propiedades de los diferentes materiales posibles y/o disponibles para la fabricación de elementos por diseñar.

Magnitud del esfuerzo fluctuante necesario para producir una falla en una probeta de ensayo de fatiga después de un número especificado de ciclos de carga.

La resistencia a fatiga de una estructura o pieza es igual a la del menos resistente de sus detalles constructivos. En consecuencia, para comprobar la resistencia a fatiga de una estructura, será preciso estudiar la de todos y cada uno de los detalles constructivos existentes en la estructura realmente ejecutada de acuerdo con lo que se dispone en los apartados siguientes. En general, la resistencia a la fatiga de un detalle constructivo es tanto menor cuanto mayor son las carreras de tensión del espectro de cálculo a que esté sometido, y cuanto más desfavorable sea la geometría del propio detalle en general y de los cordones de soldadura existentes en el mismo en particular.

Se llama especialmente la atención sobre el hecho de que cordones de soldadura no previstos en proyecto y ejecutados sobre la estructura, generalmente para fijación de elementos provisionales que pueden ser necesarios durante la construcción de la misma, pueden reducir severamente su resistencia a fatiga.

Se recomienda que, en caso necesario, figuren en los planos del proyecto indicaciones claras que limiten o prohíban la existencia de estos cordones en zonas sensibles de la estructura. Se recomienda también que el director de obra extreme la inspección en este sentido.

La resistencia a fatiga de un determinado detalle constructivo viene definida por una curva, que indica, para cada valor del número de ciclos, el valor de la carrera de tensión que han de tener dichos ciclos para que sean capaces de ocasionar la rotura por fatiga.

El conocimiento del comportamiento a fatiga no es igual en todos los materiales: el material mejor conocido, más ensayado y más fiable en cuanto a predicciones a fatiga es la familia de los aceros. De otros materiales metálicos de uso común como el aluminio, el titanio, aleaciones de cobre, níquel, magnesio o cromo, se dispone de menos información (decreciente ésta con la novedad de la aleación), aunque la forma de los criterios de cálculo a fatiga y de las curvas S-N parece regular, y es parecida a la de los de los aceros, y se considera que su fiabilidad es alta. Para materiales cerámicos, por el contrario, se dispone de muy poca información, y de hecho, el estudio de la fatiga en ellos y en polímeros y materiales compuestos es un tema de candente investigación actual.

En todo caso, existe una diferencia notable entre la teoría y la realidad. Esto conduce a incertidumbres significativas en el diseño cuando la resistencia a la fatiga o el límite de fatiga son considerados. La dispersión en los resultados es una consecuencia de la sensibilidad de la fatiga a varios parámetros del ensayo y del material que son imposibles de controlar de forma precisa. Estos parámetros incluyen la fabricación de las probetas y la preparación de las superficies, variables metalúrgicas, alineamiento de la probeta en el equipo de ensayos, tensión media y frecuencia de carga del ensayo.

Aproximadamente la mitad de las probetas ensayadas se rompen a niveles de tensión que están cerca del 25% por debajo de la curva. Esto suele asociarse a la presencia de fuentes de concentración de tensiones internas, tales como defectos, impurezas, entallas, ralladuras,..., que han permanecido indetectadas.

Se han desarrollado técnicas estadísticas y se han utilizado para manejar este fallo en términos de probabilidades. Una manera adecuada de presentar los resultados tratados de esta manera es con una serie de curvas de probabilidad constante.

Hay que señalar que los valores del límite a la fatiga dados en la tabla se determinan estadísticamente bajo condiciones de laboratorio. Sin embargo, la mayor parte de las situaciones de diseño involucran piezas bajo condiciones mucho más adversas que las presentes en los ensayos de fatiga a flexión y por tanto, la resistencia práctica a la fatiga es mucho menor que la teórica, así, el valor obtenido a partir de la prueba de flexión completamente invertida y los valores correspondientes a otros tipos de carga se van modificando mediante distintos factores y que afecta de manera negativa el valor obtenido del límite a la fatiga.

En general, las características de los elementos de máquinas y de su entorno difieren de aquellas de las probetas de ensayo. Las piezas suelen tener mayores rugosidades, ya que obtener una superficie pulida a espejo es un

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