Este documento describe el método de esfuerzo-vida y el método de deformación-vida para el análisis de fatiga de materiales. El método de esfuerzo-vida es el enfoque tradicional pero menos exacto, especialmente para aplicaciones de bajo ciclaje. El método de deformación-vida implica un análisis más detallado y es especialmente bueno para aplicaciones de bajo ciclaje. También presenta un ejemplo de práctica de análisis de fatiga usando ANSYS que estima la vida útil

1. Sección de marco teórico
MÉTODO DE ESFUERZO-VIDA
Este método, que se basa sólo en niveles de esfuerzo, es el enfoque menos exacto,
especialmente para aplicaciones de bajo ciclaje.
Es el método más tradicional, puesto que es el más fácil de implementar para una amplia
variedad de aplicaciones de diseño.
Tiene una gran cantidad de datos de soporte y representa de manera adecuada las
aplicaciones de alto ciclaje.
El diagrama de resistencia-vida (S-N) proporciona la resistencia a la fatiga Sf contra el ciclo
de vida N de un material. Los resultados se generan a partir de ensayos (por ejemplo: viga
rotativa) en los que se emplea una carga simple en piezas de prueba de laboratorios
estándar controladas.
A menudo, la carga es de flexión pura invertida en forma sinusoidal. Las piezas de
laboratorio controladas se pulen sin concentración de esfuerzo geométrico en la región de
área mínima
En el caso del acero y el hierro, el diagrama S-N se hace horizontal en algún punto:
 La resistencia en este punto se llama límite de resistencia a la fatiga S’e y ocurre en
algún lugar entre 106 y 107 ciclos.
 La marca de prima en S’e se refiere al límite de resistencia a la fatiga de la pieza de
laboratorio controlada.
La ordenada del diagrama S-N se llama resistencia a la fatiga Sf, cuyo enunciado siempre se
debe acompañar por su número de ciclos correspondiente N.
En el caso de materiales no ferrosos (por ejemplo: aluminio) que no presentan un límite de
resistencia a la fatiga, puede proporcionarse una resistencia a la fatiga a un número
específico de ciclos, S’f. La prima denota la resistencia a la fatiga de la pieza de laboratorio
controlada. Los datos de resistencia se basan en muchas condiciones controladas que no
serán las mismas que para una parte de máquina real. En la práctica, se usan factores de
corrección para tomar en cuenta las diferencias entre la carga y las condiciones físicas de la
probeta y la parte de máquina real.
Factores que modifican el límite de resistencia a la fatiga:
Las resistencias a la fatiga o los límites de resistencia a la fatiga que se obtienen de
muestras estándar de prueba a la fatiga, o de estimados con base en pruebas estáticas,

2. deben modificarse para justificar las diferencias físicas entre la muestra de prueba y la
parte real que se diseña.
Factor de superficie (ka) El factor de modificación depende de la calidad del acabado de la
superficie de la parte y de la resistencia a la tensión.
Factor de tamaño (kb) Los resultados para flexión y torsión pueden expresarse como
Para carga axial nohay efectode tamaño,porlo cual kb=1 (verkc)
Si la pieza no es de sección circular se emplea una dimensión efectiva que se obtiene
mediante las expresiones:

3. Donde A95 es la porción del área de la sección transversal de la pieza no redonda,sometida a un
esfuerzo de entre 95 y 100% de su esfuerzo máximo.
Factor de carga (kc)
Factor de temperatura (kd) La cantidad limitada de datos disponibles indica que el límite de
la resistencia a la fatiga de los aceros se incrementa un poco a medida que la temperatura
aumenta y luego comienza a disminuir en el intervalo de 400 a 700°F,
Factor de temperatura (kd)
Factorde confiablidad(ke):Factoresdeconfiabilidadke correspondientes a8desviacionesestándar
porcentuales del limite de resistencia a la fatiga
Factor de efectosvarios(kf) Aunque el factorkf tiene el propósitode tomarencuentalareducción
del límite de resistenciaala fatigadebidaa todoslosotros efectos,es másbienunrecordatoriode
que estos efectos se deben tomar en cuenta, porque los valores reales de kf no siempre están
disponibles.

4. Concentraciónde esfuerzos: Esmuy difícil diseñarunamáquinasinpermitiralgunoscambiosenla
sección transversal de los elementos o irregularidades. Cualquier discontinuidad en una parte de
una máquina altera la distribución del esfuerzo en las inmediaciones de la discontinuidad, de
manera que las ecuaciones elementales del esfuerzo ya no describen el estado de esfuerzo en la
parte.
Se emplea un factor teórico o geométrico de la concentración de esfuerzos (Kt) o (Kts) para
relacionar el esfuerzo máximo real en la discontinuidad con el esfuerzo nominal. Los factores se
definen por medio de las ecuaciones
donde (Kt) se usapara esfuerzosnormalesy(Kts) paraesfuerzoscortantes.El subíndice (t) en(Kt)
significaque el valorde este factorde concentraciónde esfuerzossólodepende de lageometría
de la parte.Es decir,el material particularque se hayautilizadonotiene efectoenel valorde (Kt).
Ésta es larazón por la que se llamafactor teóricode concentraciónde esfuerzos.
MÉTODO DE DEFORMACIÓN-VIDA
Este método implica un análisis más detallado de la deformación plástica en regiones
localizadas donde se considera a los esfuerzos y deformaciones para la estimación de la
vida.
Es especialmente bueno para aplicaciones con fatiga de bajo ciclaje. Este método asume
algunas idealizaciones, que introducen incertidumbres en los resultados
Desarrollo de la práctica
Objetivo: Desarrollar un análisis de fatiga en un elemento estructural con la finalidad de
familiarizarse con los comandos de simulación del entorno ANSYS
La base rectangular del soporte mide 12 cm de largo, 6 cm de ancho y 3 cm de
profundidad. La sección media tiene una profundidad de extrusión total de 1.6 cm. El
cilindro hueco tiene un radio interior de 1 cm, un radio exterior de 2 cm y una altura de 4
cm. El eje central del cilindro está a 12.5 cm del extremo izquierdo del soporte. Además,
hay un par de redondeos en la base con un radio de 0.5 cm.
•Determine la vida útil del soporte si se somete a una presión cíclica completamente
invertida de magnitud 5 MPa en un lado de la sección media, como se muestra en la figura.
El soporte se fija en el extremo izquierdo.
•El material es acero AISI 1035 CD (estiradoenfrío)

5. Material a utilizar: acero AISI 1035 CD
Propiedades del material:
 Densidad= 7,850 kg/m3
 Módulo de Young= 207,000 MPa
 Relación de Poisson= 0.3
 Resistencia a la cedencia= 460
MPa
 Resistencia última a la tensión=
550 MPa
Sección de comandos nuevos utilizados para la práctica:
Fatigue sensitivity – Muestra una gráfica del comportamiento de la pieza en aspectos como
el factor de seguridad en este caso respecto a los valores de carga
Assignment – Asignar el material deseado a la pieza que se analizara

6. Sección de procedimiento:
Seleccionamos el análisis estatico estructural
Damos doble clic sobre engineering data para agregar un material y damos clic debajo del
material acero estructural para empezar a crear uno nuevo y lo nombramos como 1035 CD

7. Para añadir las propiedades mecánicas necesarias del material las seleccionamos de las
secciones del lado izquierdo y las arrastramos hacia el recuadro de propiedades
Para obtener la curva S-N debemos colocar los valores en la tabla respecto a los ciclos y el
esfuerzo alternante como se puede ver en la siguiente imagen, además de agregar los
valores del resto de las propiedades

8. Volvemos al proyecto e importamos la pieza que se utilizara en esta practica llamada brazo
Ahora abrimos el software mechanical dando doble clic sobre el apartado de modelo y nos
desplazamos al apartado de modelo y seleccionamos nuestra pieza, en la asignación de
material seleccionaremos el material que añadimos, 1035 CD

9. Damos clic derecho sobre mesh y generamos una malla, después cambiamos el método de
malla por tetraedros y un refinamiento de nivel 2 a las 2 áreas que se muestran en la
imagen
Agregamos un sizing de 8 mm a las 3 caras seleccionadas que se ven en la imagen

10. Damos clic derecho sobre mesh y generamos nuestra malla
Definimos las condiciones de frontera de la pieza, agregando un fix support en la cara
seleccionada

11. Y una presión en la cara que se había especificado de 5 Mpa
Añadimos los plots que queremos obtener al resolver nuestro análisis estatico siendo en
este caso deformación total, esfuerzo equivalente y el factor de seguridad y resolvemos

12. Agregamos un fatigue tool dando clic derecho sobre solution y la añadimos
Modificamos la teoría de esfuerzo medio por la de Goodman

13. Añadimos los plots deseados en cuanto a fatiga dando clic derecho sobre fatigue tool y
añadimos la vida de la pieza, el factor de seguridad, indicador de biaxialidad y sensibilidad a
la fatiga, en esta definiremos la sensibilidad para el factor de seguridad para una cantidad
de 1 millon de ciclos y en un rango del 50 al 200 por ciento
Por ultimo damos clic a solve para obtener los resultados

14. Sección de resultados:
Deformación total
Esfuerzo equivalente

15. Vida
Factor de seguridad de análisis en fatiga

16. Factor de seguridad de análisis estático
Sección de conclusiones:
Con esta práctica he aprendido al uso de una función del software llamada fatigue sensitivity
en la cual se puede observar cómo va cambiando el factor de seguridad de la pieza estando
bajo fatiga yaumentando la carga enun lapso de cierto porcentajedel valor predeterminado
al inicio y hasta que valor de carga deja de ser segura, además de que la pieza no es segura
y no tiene vida infinita ya que se estima que soportara 49038 ciclos. La pieza tiene partes
donde hay cargas biaxiales y uniaxiales según los resultados obtenidos y se deforma con la
carga un valor máximo de 0.49993 mm.
Sección de bibliografía:
https://mecanica-usach.mine.nu/media/uploads/L04_FallasFatiga_1.pdf