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Carga Ciclica y fatiga Materia diseño de elementos mecanicos
Tipo: Apuntes
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Tema: Tarea 03-1U. Carga Cíclica y Fatiga.
Omar Enrique Guajardo lira
22 de febrero del 2021 Agujita, Coahuila.
La fatiga consiste en la repetición cíclica de una carga sobre un material. Estas cargas repetidas pueden formar una microgrieta sobre un defecto estructural, principalmente debido a una concentración de tensiones, que se va propagando carga a carga hasta producir el fallo del material por fatiga. Carga cíclica o alternada: es aquella que cambia de dirección o magnitud (o ambas) de forma cíclica o alternada (cigüeñal, amortiguadores, etc.). Tensión es la reacción que se produce en el interior de la pieza a ensayar, cuando sobre ésta se aplica una carga. La fatiga es un proceso de degeneración de un material sometido a cargas cíclicas de valores por debajo de aquellos que serían capaces de provocar su rotura mediante tracción. Durante dicho proceso se genera una grieta que, si se dan las condiciones adecuadas crecerá hasta producir la rotura de la pieza al aplicar un número de ciclos suficientes. El sector 1 muestra el primer plano de propagación de falla, a velocidad media. El sector 2, por su baja rugosidad, indica una rápida propagación de las grietas. En el sector 3, se puede observar una alta rugosidad en el material libre de corrosión, que falló por sobrecarga en tensión al final.
Provoca una siguiente fase es la de crecimiento de grieta que puede dividirse a su vez en dos fases. La primera fase supone el crecimiento de una grieta corta en pequeñas distancias del tamaño de pocos. En esta fase, dado que el tamaño de la grieta es comparable al de los elementos característicos de la microestructura del material, dicha microestructura (tamaño de grano, orientación de los mismos…) afecta en gran medida al crecimiento de la grieta. Superficie de rotura por fatiga La segunda fase consiste en un crecimiento de la grieta normal al plano principal de tensiones. En este caso de grietas más largas la microestructura del material afecta en menor medida al crecimiento de la grieta dado que la zona de plastificación creada por el propio crecimiento de la grieta es mucho mayor que las dimensiones características de la microestructura. A raíz de un insignificante grieta o fisura a lo largo del tiempo y en constante uso la pieza mecánica, producirá un fallo, debido a que dicho inconveniente generara grietas en los granos del material o hasta partir los granos, etas pequeñas fallas provocar una rotura en el material debido a las cargas sometidas.
En primer lugar, es necesario tener presente que cualquier variación en las secciones de una pieza o elemento mecánico constituye una zona especial donde se va a generar una concentración de tensiones que afectará a su resistencia mecánica a la fatiga. El tipo de geometría de la pieza también influirá en la velocidad de propagación de esa grieta. Un diseño que favorezca la aparición de zonas de concentración de tensiones, cambios de sección, presencia de chaveteros, orificios o esquinas entrantes, permitirán un desarrollo más rápido de la grieta. El diseño también tiene una influencia grande en la rotura por fatiga mecánica. Cualquier discontinuidad geométrica actúa como concentradora de tensiones y es por donde puede nuclear la grieta de fatiga. Cuanto más aguda es la discontinuidad, más severa es la concentración de tensiones. Evitar las irregularidades estructurales o realizar modificaciones en el diseño, eliminando cambios bruscos en el contorno que conduzcan a cantos vivos, llevará a una resistencia a la fatiga superior.
