unidad 1 fatiga

1. Fatiga
José Toribio Arias Hernández
05 de Septiembre del 2022

2. Objetivo
• Definir que es la fatiga, describir la prueba de fatiga y explicar la
naturaleza de la resistencia a la fatiga.

3. Introducción
• En esta presentación se mostrara la propiedad mecánica de los materiales
llamada la fatiga la cual, es un fenómeno reconocido desde los principios del
siglo XIX estructuras mecánicas y mecanismos a gran escala.
• La fractura aparentemente frágil de las piezas que fallaban por fatiga, en aquel
tiempo se interpreto como una cristalización del metal durante el uso que lo
volvía frágil como el vidrio y hacia que fracturara bajo cargas o impactos
súbitos.
• Gracias a Wholer (1860), se supo que la fatiga no alteraba las propiedades del
material, sino que era un proceso de agrietamiento paulatino producido por la
acción de cargas repetitivas, introduciendo formalmente el concepto de la
fatiga

4. Fatiga
• La fatiga es un proceso de agrietamiento progresivo que culmina
en la fractura de un material sujeto a cargas repetitivas o
fluctuantes, cuyo valor máximo es menor a la resistencia a la
tensión. Las fracturas por fatiga inician como grietas que crecen
bajo la acción de esfuerzos fluctuantes hasta que alcanzan su
tamaño critico y sobreviene la fractura final.

5. • La fatiga, en sus etapas inicial e intermedia, no produce cambios aparentes
en la geometría ni en la microestructura del material y las grietas
producidas son muy finas, lo que la hace muy difícil de detectar
anticipadamente, de ahí su peligrosidad. Se estima que mas del 50% de las
fallas en componentes mecánicos se deben a la fatiga.

6. Tres condiciones para que ocurra la fatiga
• 1. un esfuerzo de tensión, suficientemente alto pero menor que la
resistencia ultima del material.
• 2. una variación o fluctuación del esfuerzo mayor a un valor dado
llamado limite de fatiga.
• 3. Un numero suficiente de ciclos de carga.

7. Lo importante en la fatiga no es tanto si esta ocurrirá o no, sino en
cuanto tiempo o numero de ciclos se presentara y si ese tiempo o
numero de ciclos es mayor que la vida esperada de servicio del
componente.
lo anterior hace que la fatiga sea evaluada en términos del tiempo
o números de ciclos que tarda en ocurrir la fractura final,
definiendo esa cantidad como la vida de la fatiga. Así, en ciertos
casos, es probable que la fatiga ocurra después de algún tiempo,
pero si la vida en fatiga es mayor que la vida esperada, entonces lo
mas probable es que el componente falle por algún otro mecanismo
antes que por la fatiga.

8. Etapas de la fatiga

9. Etapa 1
• Nucleación de grietas. También es
llamada etapa de daño interno y se
presenta en ausencia de concentradores
de esfuerzos. En esta etapa la
deformación cíclica produce una
alteración de la subestructura de
dislocaciones que conduce a la
formación de discontinuidades
geométricas. Que posteriormente se
desarrollaran grietas.

10. Etapa 2
• Propagación de grietas. Para la mayoría de
los casos reales, la fatiga transcurre como la
propagación de una grieta estable en el
material, ya sea por la presencia de
concentradores de esfuerzos o porque la
nucleación de grietas es acelerada por algún
medio.

11. Etapa 3
• Fractura final, cuando la grieta esta próxima
a alcanzar su tamaño critico, la fractura
comienza a ocurrir por una combinación de
fatiga y formas de fractura estática, como la
fractura por clivaje o por coalescencia del
material y con una gran influencia de la
microestructura del estado de esfuerzos.

12. • Las grietas por fatiga se inician
en la superficie del material por lo
que debe evitarse en lo posible
ralladuras y arañazos en las
superficies de buen acabado

13. Factores principales que influyen en la fatiga
• Concentración de esfuerzos
• Estado de esfuerzos y deformaciones
• Tamaño
• Microestructura
• Propiedades mecánicas
• Temperatura
• Ambiente
• Acabado superficial
• Etc.

14. Tipos de fatigas
fatiga térmica y fatiga con corrosión.

15. Fatiga térmica
La 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 que normalmente ocurren en
piezas estructurales sometidas a variaciones de temperatura. 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:

16. Fatiga estática (corrosión-fatiga)
La fatiga con corrosión ocurre por acción de una tensión cíclica y ataque
químico simultáneo. Lógicamente los medios corrosivos tienen una influencia
negativa y reducen la vida a fatiga, incluso la atmósfera normal afecta a
algunos materiales. A consecuencia pueden producirse pequeñas fisuras o
picaduras que se comportarán como concentradoras de tensiones originando
grietas. La de propagación también aumenta en el medio corrosivo puesto que
el medio corrosivo también corroerá el interior de la grieta produciendo nuevos
concentradores de tensión.

18. Prueba de fatiga

19. Limite de fatiga(F.S.), limite de tensión(T.S.)

20. • Los datos indican que mientras el material puede resistir un
esfuerzo de 800MPa (T.S.) en una sola carga (N=1), se fracturara
despues de 10,000 aplicaciones de un esfuerzo de menos de 600MPa.
• La Resistencia a la fatiga casi siempre cae a un cuarto de la resitencia a la
tension.
• Cuando el numero de ciclos llega a N=10^8 se toma a N como
infinito.

21. Componentes estructurales candidatos a la
fatiga
• Partes estructurales de aviones
• Partes de suspensión, dirección y frenos de vehículos terrestres.
• Toda clase de motores.
• Pistones y prensas hidráulicas.
• Estructuras de puentes y edificios.
• Partes de maquinaria.
• Gruas, elevadores, y equipos de movimiento de materiales.
• bombas-.
• Trubinas.
• Tuberias.
• Etc.

22. Ejemplos y razones donde se presenta la fatiga

24. conclusión
• Con esta investigación aprendimos que conocer el limite de fatiga
de los materiales nos ayudara a diseñar diferentes elementos con
mayor precisión y exactitud, que son indispensables a la hora de
construir cualquier estructura, mecanismo o cualquier elemento
que se pudiera diseñar.

25. Bibliografía
• Metalurgia mecánica, José Luis Gonzales. Fatiga.
Pág.182-190. editorial: limosa noriega editores, México.
• https://www.tdx.cat/bitstream/handle/10803/6860/02CAPITULO.
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