FATIGAPredicción de Fallas FATIGA DE MATERIALES: • Falla por carga estática: Cuando las partes de máquinas fallan estáticamente, por lo general desarrollan una de flexión muy grande, puesto que el esfuerzo sobrepasó el límite elástico; por ello, la parte se reemplaza antes de que en realidad suceda la fractura. • Falla por carga estática: 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. ��� ��� = ������������������������ ������������������������������. ��� ��� = ������������������������ ���������������. C o m p r e s i ó n - T e n s i ó n T e n s i ó n C o m p r e s i ó n o T e n s i ó n Diagrama (S – N) o Curvas de Wöhler ��� ��� = ��������������������������������� ��� ������ ������������������. ��� ��� = ��������������������������������� ������������������ ������ ������������������ . Cálculo de Fatiga de Bajo Ciclaje. • Esta corresponde cuando la falla ocurre por debajo de los 1000 ciclos (por ejemplo cerradura de guantera de automóviles, pernos de la llantas de camiones, etc.). • Como se muestra en la figura, la pendiente de la curva es muy pequeña hasta 1000 ciclos. Por lo tanto, para el diseño, en estos casos, se utiliza el concepto estático ignorando el fenómeno de fatiga,dado que en general, en el diseño estático se utiliza la tensión de fluencia Sy y no la última Sut (Sy < Sut). Esta diferencia entre Sy y Sut compensa en cierta manera la pequeña variación de S’e a baja cantidad de ciclos. Cálculo de Fatiga de Alto Ciclaje • Esta corresponde cuando el número de ciclos esta entre 10 3 , 10 6 y 10 7 (Por ejemplo bisagras de puertas, paneles de aeronaves, etc). La idea es desarrollar algún método analítico para aproximar el diagrama S – N cuando solo se tengan los resultados de tracción simple del material. Factor de superficie ��� ��� Factor de tamaño ��� ��� Factor de carga ��� ��� Factor de ��������������������������������� ��� ��� Factor de ��������������������������������������� ��� ��� Determinación del límite a la fatiga para un elemento real con concentradores de esfuerzo (Se/Kf) La resistencia a la fatiga disminuye notablemente con la introducción de un concentrador de esfuerzos tal como un entalle o un agujero. La mayoría de los elementos de máquinas mas comunes tienen discontinuidades que concentran los esfuerzos, es común que las grietas de fatiga se inicien generalmente en esas irregularidades geométricas. Estas discontinuidades se denominan acentuadores o concentradores de esfuerzo y estos provocan una distribución no uniforme de esfuerzos en la proximidad de la discontinuidad. Distribución de esfuerzos en un agujero circular 0 max 0 max t t o o = = ts t K K Donde σo es el tipo usual de esfuerzo normal (Mc/I o F/A) y to es el tipo usual de esfuerzo de corte (Tc/J o QV/Ib) Factor de concentración de esfuerzos en el caso de fatiga idades discontinu con probetas de fatiga de límite idades discontinu n si probetas de fatiga de límite K K fs f = , Al utilizar Kf o Kfs, no importa, algebraicamente, si se emplea como factor para incrementar el esfuerzo o para reducir la resistencia a la fatiga. Esto solo significa que puede colocarse en uno o en otro miembro de la ecuación. Sin embargo, podrán evitarse muchas dificultades si se consideran como factores de reducción de resistencia a la fatiga Teoría de Fallas • Diagrama de fatiga donde se proporcionan varios criterios de falla. Para cada criterio, los puntos de o “arriba” de la recta respectiva indican falla. Se representan 5 criterios de falla. Goodman, Gerber, Fluencia, Soderberg y Asme-Eliptica. La Ecuación de los Criterios de Fallas. Ejercicios Propuestos: Estime la resistencia a la fatiga de una muestra de viga rotativa, hecha de acero AISI 1020 laminado en caliente, correspondiente a una vida de 12.5 kilociclos de esfuerzo reversible. También determine la vida de la muestra correspondiente a una amplitud del esfuerzo de 36 kpsi. Las propiedades conocidas son: Una barra de acero tiene las propiedades mínimas ��� ��� = 276 MPa, ��� ��� = 413 MPa, ��� ������ = 551 MPa. La barra esta sometida a un esfuerzo de torsión uniforme de 103 MPa y un esfuerzo de flexión alternamente de 172 MPa. Encuentre el factor de seguridad que protege contra una falla estática y el factor de seguridad que protege contra una falla por fatiga, o la vida esperada de la parte. Para el análisis de la fatiga use: a) El criterio de Goodman modificado. b) El criterio de Gerber. c) El criterio de ASME – Elíptico. Diseño de Ejes Un eje es un elemento cilíndrico de sección circular estacionario o rotatorio sobre el cual se montan engranajes, poleas, volantes, manivelas, así como otros elementos mecánicos de transmisión de fuerza o potencia. Los ejes pueden estar sometidos a cargas de flexión, tensión, compresión o torsión que actúan individualmente o combinadas. En este caso es de esperar que que la resistencia a la fatiga sea una consideración importante de diseño, puesto que el eje puede estar sometido a la acción de esfuerzos estáticos completamente invertidos en forma alternante y repetidos sin cambio de sentido. Teoría del Esfuerzo de Corte Máximo Soderberg para diseño de ejes con vida infinita 2 2 3 32 | | . | \ | + + | | . | \ | + = a fs e f m a f e f m f T K S T M K S M FS d o o to Teoría de la Energía de distorsión Soderberg para diseño de ejes con vida infinita 2 2 3 4 3 32 | | . | \ | + + | | . | \ | + = a fs e f m a f e f m f T K S T M K S M FS d o o to Teoría del Esfuerzo de Corte Máximo para diseño de ejes con vida finita 2 1 2 1 1 3 32 | | . | \ | + + | | . | \ | + = a m f f a m f f f T T S M M S S FS d o o t Teoría de la Energía de Distorsión Soderberg para diseño de ejes con vida finita 2 1 2 1 1 3 4 3 32 | | . | \ | + + | | . | \ | + = a m f f a m f f f T T S M M S S FS d o o t