jaja

1. Ensayos mecánicos:
fatiga

2. Definición
 fallo debido a cargas repetitivas
Concepto de fatiga.
Rotura de un material, con cargas variables, inferiores a la de rotura, e incluso al
límite elástico, siempre que actúen durante un tiempo suficiente.
Se denomina límite de fatiga al máximo esfuerzo que no produce rotura, cualquiera
que sea el número de esfuerzos que actúen.

3. TEORÍA DE MÁQUINAS - 4.3 -
Definición
 Definición de FATIGA :
‘La fatiga es el proceso de cambio estructural permanente,
progresivo y localizado que ocurre en un material sujeto a
tensiones y deformaciones VARIABLES en algún punto o
puntos y que produce grietas o la fractura completa tras un
número suficiente de fluctuaciones (ASTM)’
El 90% de las piezas que se rompen en servicio fallan debido a
este fenómeno.

4. TEORÍA DE MÁQUINAS - 4.4 -
Ejemplo de Fallo

5. Fases de un Fallo por Fatiga
Fase 1 (Iniciación): Una o más grietas se desarrollan en el material. Las grietas pueden
aparecer en cualquier punto del material pero en general ocurren alrededor de alguna fuente de
concentración de tensión y en la superficie exterior donde las fluctuaciones de tensión son más
elevadas. Las grietas pueden aparecer por muchas razones: imperfecciones en la estructura
microscópica del material, ralladuras, arañazos, muescas y entallas causados por las
herramientas de fabricación o medios de manipulación. En materiales frágiles el inicio de grieta
puede producirse por defectos del material (poros e inclusiones) y discontinuidades
geométricas.
Fase 2 (Propagación): Alguna o todas las grietas crecen por efecto de las cargas. Además, las
grietas generalmente son finas y de difícil detección, aun cuando se encuentren próximas a
producir la rotura de la pieza.
Fase 3 (Rotura): La pieza continúa deteriorándose por el crecimiento de la grieta quedando tan
reducida la sección neta de la pieza que es incapaz de resistir la carga desde un punto de vista
estático produciéndose la rotura por fatiga.
Los fallos por Fatiga se producen en tres fases:

6. TEORÍA DE MÁQUINAS - 4.6 -
Fases de rotura por fatiga
Nucleación, propagación y rotura por fatiga

7. TEORÍA DE MÁQUINAS - 4.7 -
Tipos de Ensayo

8. Tipos de ensayos.
 De tracción-compresión con esfuerzo axial: Probetas de sección
rectangular o cilíndrica sometidas a un esfuerzo axial alterno de tracción-
compresión.
 De flexión rotativa: Probetas cilíndricas empotradas por uno de los
extremos en un mandril que las hace girar a un cierto número de
revoluciones mientras por el otro extremo actúa un momento flector
constante.
 De flexión plana: Probetas de sección rectangular empotradas por un
extremo y sometidas por el otro a un momento flector alterno.
 De torsión: Probetas de sección circular empotradas por un extremo y
sometidas por el otro a un momento de torsión alterno.

9. Curva de Wöhler S-N
 Las curvas S-N se basan en la vida a
fatiga media o en una probabilidad de fallo
dada

10.  La generación de la curva S-N de un
material requiere muchos ensayos para de
una forma estadística variar las tensiones
alternas, las tensiones medias (o ratio de
tensión) y contar el nº de ciclos

11.  Por tanto si sólo se dispone de una
máquina el tiempo para realizar todos los
ensayos sería de varios meses.

12. TEORÍA DE MÁQUINAS - 4.12 -
Rotura por Fatiga
 Características de una rotura por fatiga
La rotura tiene su origen en pequeños defectos ó
CONCENTRADORES de tensión.
Cada uno de los ciclos produce un avance del frente de grieta hasta
que la sección remanente NO ES CAPAZ DE SOPORTAR la carga
estática.
El inicio y la propagación de la grieta dependen fuertemente de las
características resistentes del material, de su estructura cristalina y
del tratamiento a que se somete en su proceso de fabricación.
El colapso por fatiga, en su inicio, es un fenómeno SUPERFICIAL y
su avance depende del nivel de tensión aplicado.

13. TEORÍA DE MÁQUINAS - 4.13 -
Cálculo de vida
Regla de Miner de Daño acumulado.
N1
N2
Rotura
ciclos
N
ciclos
n
ciclo
Daño
i
i
i
º
º



i
i
Ciclo
Daño
Total
Daño
1

2

C
N
n
N
n
N
n
i
i



 ......
2
2
1
1
≈
1
vida
de
Estimación
N
n
_
_
1 



14. Recomendaciones Prácticas
de Diseño a Fatiga
 Reducir/eliminar cargas cíclicas.
 Reducir operaciones - usar velocidades de rotación más bajas, reemplazar
piezas de forma regular.
 Seleccionar materiales tolerantes a cargas cíclicas.
 Reducir/eliminar concentraciones de tensiones severas -- no permitir
esquinas vivas o cambios de sección bruscos.
 Especificar procesos de fabricación que den resistencia a la fatiga -- trabajo
en frío, granallado.
 Especifican tratamientos térmicos que aumenten la resistencia a fatiga --
Nitridación/Carburización.
 Sobredimensionar las piezas para reducir niveles de tensión.
 Precargar las piezas para convertir cargas cíclicas en cargas permanentes
(precarga de tornillos).

15. TEORÍA DE MÁQUINAS - 4.15 -
Tipificación de la rotura por fatiga
Aspecto=f(nivel de [tensión], tipo de solicitación)
La zona rayada determina el daño secuencial que
produce la fatiga.
La zona sombreada, fallo inminente del material.

16. Fracturas por fatiga

17. Características macroscópicas
Ausencia de deformación

18. Características macroscópicas
Líneas de playa

19. Características macroscópicas
Ratchet Marks

20. Ejemplos típicos
FATIGA MECÁNICA DE UN EJE DE ACERO INOXIDABLE

21. Ejemplos típicos
FATIGA MECÁNICA DE UN EJE POR CARGA TORSIONAL

22. Ejemplos típicos
FATIGA MECÁNICA DE LA BIELA DE UN COMPRESOR

23. Ejemplos típicos
FATIGA MECÁNICA DE UN PERNO GRADO 8

24. Ejemplos típicos
FALLA POR FATIGA A FLEXIÓN

25. Ejemplos típicos
FALLA POR FATIGA A CARGAS
COMBINADAS

26. Análisis de fallas
http://www.swri.edu/4org/d18/mechflu/planteng/gtspan/failure.htm