Practica de Fatiga

1. Tema 08: Actividad #08
Nombre: Deisbis Raúl González Miranda
C.I: V-13797127
LAM613-SAIAB
Prof: Ing. Daniel Duque
Cabudare, 26 de febrero de 2018

2. Consulte el Materia sobre FATIGA y Responde:
a) Que es Fatiga
Los estudios estructurales lineales y no lineales no predicen los fallos por fatiga. Calculan
la respuesta de un diseño sujeto a un entorno específico de cargas y restricciones. Si los
resultados de desplazamientos y tensiones están por debajo de un cierto nivel admisible el
ingeniero proyectista puede concluir que el diseño es seguro en ese entorno de
solicitaciones con independencia de cuantas veces se aplique la carga.
Los resultados de los estudios estructurales (estáticos y dinámicos, lineales y no lineales) se
usan como los datos básicos de partida para definir el estudio de fatiga. El nº de ciclos
requeridos para que el fallo por fatiga ocurra en un punto depende del material y de la
fluctuación de las tensiones. Esta información, para ciertos tipos de materiales férricos, nos
la proporciona la llamada curva S-N.
Las grietas por Fatiga se inician en la superficie del material. Por ello debe evitarse en lo
posible ralladuras y arañazos en las superficies de buen acabado (por ejemplo, grabar el
nombre comercial en la pieza), sobre todo en zonas con elevado nivel de tensión. Cualquier
tratamiento superficial (térmico o mecánico) que produzcan un estado de tensiones
residuales de compresión en la superficie de las piezas aumentando la dureza de la
superficie (por ejemplo, el temple, granallado o laminado superficial) incrementará la vida
a fatiga de la pieza. El análisis de fatiga se basa en la regla de Miner de daño acumulado
para estimar la vida a fatiga a partir de una historia de tensiones o deformaciones. La
estimación se realiza reduciendo los datos de carga a una secuencia de picos y valles,
contando los ciclos y calculando la vida a fatiga.
En la vida real se observa que repetidos ciclos de carga y descarga debilitan las piezas a lo
largo del tiempo incluso cuando las cargas inducidas están considerablemente por debajo de
la tensión de rotura estática e incluso del límite elástico del material.
Fatiga es una falla que puede suceder bajo condiciones bastante inferiores al límite de
resistencia del metal u otros materiales, esto es, en su región elástica. Es consecuencia de
esfuerzos alternados que producen grietas, en general en la superficie debido a la
concentración de tensiones..
La fatiga de materiales es una reducción gradual de la capacidad de carga del componente,
por la ruptura lenta de ese material, consecuencia del avance casi infinitesimal de las fisuras
que se forman en su interior..

3. b) Nombre, diga algunas fallas por Fatiga:
En componentes estructurales formados por materiales exentos de defectos, en el caso de
existir puntos con elevado nivel de tensiones, en ellos se desarrollará el proceso de nucleo
de grietas de fatiga, que podrá llevar a una falla..
Para que este proceso de núcleo se inicie es necesario (al menos para los materiales
dúctiles) que sucedan deformaciones plásticas, sean estas generalizadas, o sean confinadas
en un pequeño volumen del material..
La gran mayoría de las estructuras de ingeniería están sujetas a cargas, que son de una
forma general variables en el tiempo, más allá que muchas veces la carga sea estática en
una primer observación.
Una falla por fatiga sucede dentro de una gama bastante amplia de ciclos de carga, desde
valores del orden de los 10 ciclos hasta más de 108
ciclos. Es evidente que el número de
ciclos que el componente resiste, depende de la solicitación, pues con una carga dinámica
mayor se tiene una vida menor, sensiblemente reducida cuando se compara con una
situación donde la solicitación cíclica es menor, lo que lleva a una mayor vida.
Varias son las situaciones prácticas del número de ciclos esperados a lo largo de la vida del
componente. Por ejemplo un reservorio presurizado, utilizado para almacenar un fluido
bajo presión, es un modelo de carga estática, sin embargo cuando el fluido es drenado, la
presión baja al valor atmosférico.
Con un drenaje cada 2 meses, a lo largo de la vida útil del reservorio, usualmente de 10 a
20 años, el número de ciclos de presurización será de 60 a 120 ciclos.
Estamos por tanto en la presencia de un problema de fatiga de materiales, independiente del
pequeño número de ciclos esperado a lo largo de la vida útil. Otro ejemplo es un
amortiguador de suspensión de automóvil, consideramos un promedio de 2 x 105
ciclos.
Esta vida considera que la carga actuante sea la carga máxima esperada durante el trabajo.
Esto implica aproximadamente unos 50 ciclos por día para una vida de 10 años.
Fatiga es una falla que puede suceder bajo condiciones bastante inferiores al límite de
resistencia del metal u otros materiales, esto es, en su región elástica. Es consecuencia de
esfuerzos alternados que producen grietas, en general en la superficie debido a la
concentración de tensiones.
Un ejemplo de fatiga está en la figura a continuación de una barra sometida a esfuerzo de
flexión alternado que puede presentar pequeñas grietas en lados opuestos A y B. Con la
continuidad del esfuerzo alternado, las grietas aumentan, reduciendo el área resistente de la
sección. La ruptura se da cuando esta área se torna lo suficientemente pequeña para no
resistir la fuerza aplicada (C). La fractura por fatiga es fácilmente identificable. El área de
ruptura C tiene un aspecto diferente de la restante que se forma gradualmente.

4. El estudio de la fatiga en los metales se suele dividir en tres categorías:
a) Fatiga de gran número de ciclos.: Este tipo de fatiga aparece cuando las tensiones
nominales responsables de la fatiga son muy pequeñas (en relación al limite elástico
del material).
b) Fatiga de bajo número de ciclos: Esta fatiga ocurre cuando la deformación plástica en
cada ciclo es visible.
c) Fatiga térmica: Debido a las tensiones que aparecen en los ciclos térmicos.
c)Donde se inician las fallas en que parte de la pieza
Las grietas por Fatiga se inician en la superficie del material. Por ello debe evitarse en lo
posible ralladuras y arañazos en las superficies de buen acabado (por ejemplo, grabar el
nombre comercial en la pieza), sobre todo en zonas con elevado nivel de tensión. Cualquier
tratamiento superficial (térmico o mecánico) que produzcan un estado de tensiones
residuales de compresión en la superficie de las piezas aumentando la dureza de la
superficie (por ejemplo, el temple, granallado o laminado superficial) incrementará la vida
a fatiga de la pieza.
El análisis de fatiga se basa en la regla de Miner de daño acumulado para estimar la vida a
fatiga a partir de una historia de tensiones o deformaciones. La estimación se realiza
reduciendo los datos de carga a una secuencia de picos y valles, contando los ciclos y
calculando la vida a fatiga. Para realizar un análisis a Fatiga o de durabilidad, se debe
proporcionar información específica para el análisis de fatiga:
 Propiedades a fatiga de los materiales.
 Variación de las cargas a fatiga.
 Opciones de análisis a fatiga.
Descripción micromecánica de la rotura por fatiga Para comprender la razón por la que los
metales sufren rotura por fatiga es necesario examinar los procesos micro mecánicos que la

5. acompañan. El proceso de rotura por fatiga, de forma general muestra detalles de las
estructuras superficiales causadas por las bandas de deslizamiento persistente en la
superficie de un cristal. mentado, consiste en la aparición de micro grietas, su crecimiento
lento (por cada ciclo de carga) hasta que se alcanza un tamaño critico de grieta en el que se
propagan rápidamente. Aunque no es fácil describir que ocurre a nivel microscópico en
todos los casos de fatiga, existe consenso en que la razón fundamental por la cual aparecen
grietas en metales sometidos a cargas cıclicas es la nucleación y acumulación de
dislocaciones, y vacancias atómicas, hasta que estas forman estructuras estables.
En particular, en las llamadas bandas de deslizamiento persistente se concentra la mayor
parte de la cizalla plástica. Cuando estas bandas alcanzan la superficie libre de los cristales.
d) Cuales son las Fases por Fatiga
Los fallos por Fatiga se producen en tres fases:
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.
aparecen picos y valles, en donde las tensiones se concentran y donde es más posible que
las grietas aparezcan . Debido a la aplicación repetitiva de cargas, la fisura va creciendo de
forma lenta.

6. e) Dibuje y Explique la Curva S - N (Tension vs.
Numero de Ciclos:
Dado que los fundamentos del análisis de fatiga están basados en datos empíricos,
considerar los siguientes puntos antes de realizar un análisis de fatiga:
 Si se utilizan propiedades del material publicados en tablas, debe tenerse en cuenta
las condiciones del ensayo utilizadas para obtener esos datos. Asegúrese de que las
condiciones corresponden al problema que se está investigando, y que se incluyen
los procesos utilizados para la fabricación del material y las mismas condiciones de
carga del ensayo.
 Verificar la validez de las cargas y su aplicación correcto.
La Curva S-N de un material define valores de tensiones alternas vs. el nº de ciclos
requeridos para causar el fallo a un determinado ratio de tensión. La siguiente figura
muestra una curva típica S-N. El eje-Y representa la tensión alterna (S) y el eje-X
representa el nº de ciclos (N). La curva S-N se basa en un ratio de tensión o tensión media
mm. Para cada material se pueden definir múltiples curvas S-N con diferentes valores de
tensión media.
Las curvas S-N se basan en la vida a fatiga media o en una probabilidad de fallo dada. 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. Para caracterizar un material se toma un conjunto de probetas y se las somete a
solicitaciones variables con diferentes niveles de tensión, contándose el nº de ciclos que
resiste hasta la rotura. Debido a la elevada dispersión estadística propia de la fatiga los
resultados se agrupan en una banda de roturas. Una parte de esta dispersión puede atribuirse

7. a errores del ensayo, pero es una propiedad del fenómeno físico lo cual obliga a realizar un
gran nº de ensayos de probetas a fin de determinar la banda de fractura con suficiente
precisión. Por tanto, caracterizar un material a fatiga supone un coste muy importante.
Máquina de probeta rotatoria de Moore para ensayo a Fatiga
Limitaciones del Análisis de Fatiga
Los fundamentos para la predicción de vida a fatiga se basan en las propiedades del
material obtenidas en el laboratorio ensayando con pequeños especímenes sujetos a cargas
dinámicas hasta que parten o aparece la primera grieta. El método de tensión-deformación
local asume que la vida del espécimen en el laboratorio se puede relacionar con la vida de
la estructura real. Es más, se asume que las cargas utilizadas en la estimación de vida a
fatiga de la estructura son tensiones locales o deformaciones locales en posiciones críticas.
Las siguientes figuras ilustra los conceptos básicos de las cargas de fatiga junto con el
significado de los símbolos utilizados en el análisis de fatiga:

8.  Tensión máxima = max
 Tensión mínima = min
 Tensión media = mean = ( max + min )/2
 Tensión variable (o tensión alterna, o amplitud de tensión, r) = amp = ( max
- min )/2
 Rango de tensiones  = max - min
 Razón de tensiones (stress Ratio) R = min / max
 Razón de amplitud A = amp /mean